книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

Величину Аст можно определить еще и по формуле (22) при дв — 68-

и = 9,81 ккал'м2 час град', Rnxv = 0,26 (б] = б2) = 0,052 4- 0,26 б2.

111

ГЛАВА III

МЕТОДЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

ИОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИЭКСПЛУАТАЦИИ НЕОТАПЛИВАЕМЫХ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

На основе теории теплообмена, приведенной в главе II, разработаны методы теплотехнического расчета и выявлены особенности проектирования и эксплуатации бесшатровых не­ отапливаемых водонапорных сооружений. Результаты изло­ жены в § 14—18.

§14. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВОДООБМЕНЕ

ВВОДОНАПОРНОМ СООРУЖЕНИИ

считая от момента начала устойчивого образования льда и кончая моментом прекращения роста толщины льда в соору­ жении.

Начало устойчивого образования льда характеризуется следующими условиями при средних за сутки значениях

Обычно первый лед появляется в сооружении ночью, в на­ чале зимы, когда величины ф « О, k — наибольшая, ks — наи­

меньшая и — наинизшая за сутки, отчего k0 = k — k3 > 0 и образуется лед. Днем происходит обратное явление, при кото­ ром k0 = k — ф — kB <Z 0, отчего образовавшийся ранее лед

тает полностью или частично.

Метод первый состоит в том, что величину тл — - - т кон — т11ач определяют сразу от начала до конца льдообра­ зования в сооружении путем построения условной кривой k0'.

ОКШЯОрЬ\П090рь МембрьМбирь УебрмМарт Апрель

Рис. 47. Определение длительности льдообразования в водонапорном сооружении.

между ними дает искомое значение длительности льдообразо­ вания. тл = ткои -т„ач, входящей в расчетную формулу (34).

Подставив в последнюю величину тли средние за это время /е0

определяют последовательно как сумму отрезков времени, из которых складывается общая длительность льдообразования в сооружении, равная т.1 = тл_1 + тл_2+... +тл_„ , считая от

(месяца, десятидневки или пятидневки) определяют, как и в

и (19) с определением для каждого отрезка времени значе­ ний 61 и 62; 62 и 6з и т. д. по типу решения примера 16. Под­ счеты производят до тех пор, пока не дойдут до конечного отрезка времени, при котором k0 = 0 и 6 = max 6. Определение величин тл и б методом вторым приведено в том же при­ мере 19.

Величины тл и тл , подсчитанные тем и другим методом, отличаются между собой. Обычно тл>тл . Но так как при большей величине т.’ соответственно уменьшается произведе­

ние k0 • tlcp, то, как показали теоретические расчеты и опытные исследования, разница при определении max 6 методом пер­ вым или вторым получается незначительной, не выходящей за пределы точности основных расчетных формул (33) и (34), т. е. 3—10%. Поэтому, в зависимости от целей, которые ста­ вят перед собой теплотехнические расчеты, определение вели­ чины max 6 может производиться любым из двух методов. В тех случаях, когда требуется знать только наибольшую тол­ щину льда в сооружении за зиму, целесообразней пользо­ ваться методом первым, как более простым, менее трудоем­ ким. В тех случаях, когда требуется знать последовательное изменение толщины льда в сооружении на всем протяжении льдообразования за зиму, следует пользоваться методом вто­ рым.

§ 15 НЕОБХОДИМОСТЬ УСТРОЙСТВА И МЕТОД РАСЧЕТА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Образование льда вызывает положительные и отрицатель­ ные явления в работе водонапорного сооружения.

К положительным явлениям относится защита воды, находящейся внутри сооружения, от снижения потерь тепла. Защита осуществляется путем превращения некоторого количества воды в лед. При этом за холодный период года вы­

В результате сооружение продолжает работать с полезным объемом воды, уменьшенным на величину 1ГЛ, на протяжении

~л = — час' тех П0Р> пока не увеличится приход тепла

от солнечной радиации.

К о т р и ц а т е л ь н ы м явлениям относятся временное уменьшение полезного объема воды и опасность нарушения

116

бесперебойности работы сооружения в связи с образованием льда в количестве №л м3.

Лед образуется раньше и больше всего в местах максит мального ухода тепла из воды к холодному воздуху и снижения температуры воды, например, на внутренних поверхностях не­ утепленных металлических стенок арматуры, труб и опор-гор­ ловин, особенно, при обдувании ветром и отсутствии обмена воды. Большинство этих мест недоступно для наблюдения в пе­ риод эксплуатации. При полном замерзании воды в них про­ исходит не только прекращение работы, но и разрушение их, вследствие увеличения объема воды при переходе в лед.

В конце зимы или в оттепель лед отделяется от стенок и под действием силы Р = (1000 — 920) IVл = 80 IVл кг стре­ мится всплыть на поверхность воды. Величина Р может быть значительной. Например, в неутепленной башне с цилиндри­ ческой опорой и полезной емкостью IV = 244 м3, расположен­ ной на станции Сычевка Западной ж. д. (см. § 22), объем

внутреннюю лестницу, передатчик водоуказательной сигна­ лизации и пр. С этими опасностями успешно борются устрой­ ством теплоизоляции на стенках сооружения, прочных льдоудержателей и поперечной диафрагмы, а также расположе­ нием арматуры и труб в утепленных подземных колодцах и галлереях или в воде внутри сооружения.

Опыт многолетней эксплуатации бесшатровых неотапливае­ мых водонапорных башен на железнодорожном транспорте и в сельском хозяйстве показывает (см. § 2), что эти сооружения работают без утепления бесперебойно и обеспечивают нормаль­ ную работу водоснабжения во всех случаях, когда к концу зимы средняя по высоте толщина льда на стенках бака не превосходит 6 = 0,7 м, а полезная емкость бака временно уменьшается от льдообразования при водообмене не более, чем на 30% от W, откуда

"(/•о - 8доп)2>(1 -0,3)-г;

II

алоп < о, 16 г0,

где блоп — наибольшая допускаемая толщина льда на стен­ ках бака, м.

Отсюда следует, что в баках неотапливаемых водонапор-- ных сооружений, которые по своей конструкции и оборудова­ нию допускают образование льда в них (например, баки

117

в башнях типа рис. 5—7; 9 и И), устройство теплоизоляции баков не требуется в тех случаях, когда наибольшая толщина льда на их стенках за весь холодный период года не превос­

В случаях же, когда толщина льда в баке может быть больше чем 0ДОП, а также в сооружениях и их частях, ко­ торые по конструкции, размерам и оборудованию не допус­ кают образования льда (например, в башнях типа рис. 14, в опорах-горловинах башен типа рис. 9- 11), требуется устрой­ ство теплоизоляции.

Метод расчета теплоизоляции, в зависимости от конструк­ ции и размеров сооружения, приводится ниже.

1.Расчет теплоизоляции баков, допускаю-

щи ,х льдообразование при водообмене, ведется

на основе формулы (37), k — б —ka =0, из которой

холодный месяц в году значениях t„, va, Scr, tBt. и ty!i.

Термическое сопротивление льда, п.о сравнению с искус­ ственными изоляционными материалами, незначительно. На­

мается б = 0. В действительности же, в баках, утепленных изо­ ляцией, рассчитанной по этой формуле, будет появляться лед зимой в особо холодные периоды года (с более низкой

118

i,,, большей va, меньшими Scth гвчпо сравнению с расчетными),

я затем таять в более теплые периоды.

При расчетах по формуле (37-в) сначала определяют чис­ ловые значения , /ев и k, а затем с помощью формул (19),

(22) и (24) находят величину RKI . Зная же Rm , подбирают конструкцию, материалы и соответствующие размеры тепло­ изоляции (см. пример 17).

б) Необходимость расчета теплоизоляции для условий вре­ менного прекращения водообмена в сооружении вызывается следующими обстоятельствами.

В § 6 отмечалось, что в эксплуатации неотапливаемых во­ донапорных сооружений наблюдались случаи временного пре­ кращения обмена воды в них до 12—72 часов. За это время внутри утепленной опоры-горловины может образоваться лед.

ной опоре-горловине водонапорной башни в период наиболее голодной пятидневки.

119

где т, — длительность льдообразования в утеп­ ленной опоре-горловине, час,

8cp.s~ ^а.з + 0,5 (/кр~0,1) — средний температурный напор за тл час. в период наиболее холодной пятидневки;

^стоп — коэффициент теплопередачи стенки опоры-горловины, включая слой льда толщиной доп м и теплоизоляцию,

ккал/м.2 час • град.

В дальнейшем, для избежания лишних запасов прочности, наибольшая длительность возможного прекращения обмена воды в неотапливаемом водонапорном сооружении принята равной тахтл = 48 час. и совпадающей с периодом наиболее холодной пятидневки.

тл — 48 час. и с 1 = 1000 ккал/град получается расчетная формула для определения величины коэффициента теплопере­ дачи утепленной стенки опоры-горловины из условия вре­ менного прекращения водообмена с льдообразованием в водо­ напорной башне

При устройстве и эксплуатации теплоизоляции необходимо принимать меры против попадания в нее влаги, имея в виду, что увлажнение теплоизоляции приводит к резкому сниже­ нию ее термического сопротивления.

Для этого требуется:

а) отделять утепляющие материалы от стенок сооружения и от наружного воздуха изоляционными прослойками из толя, полиэтилена, асбоцемента, просмоленного полотна или других водонепроницаемых материалов;

б) не допускать течи через стенки и перелива воды из ба­ ков на теплоизоляцию; это достигается путем качественного выполнения работ и поддержания в должном порядке стенок сооружения, сливного трубопровода и автоматически дей­ ствующей электрической водоуказательной сигнализации.

120