Гидравлический расчёт внутренних водопроводов

Гидравлический расчёт внутренних водопроводов — это довольно большая тема. Поэтому рассмотрим лишь основные его принципы.

Водопровод — это напорная система. Вода может идти в любом направлении под влиянием разности напоров, от большего напора к меньшему напору. При движении воды в трубах происходят два вида потерь напоров:

1) линейные потери напора (на прямых участках труб);

2) местные потери напора (на поворотах, тройниках и т.д.).

Общие (суммарные) потери напора складываются из суммы линейных и местных потерь напора.

Потери напора рассчитывают по специальным гидравлическим формулам. В общем случае потеря напора может быть рассчитана по формуле Вейсбаха

где — коэффициент гидравлического сопротивления;V— средняя скорость потока в трубе;g— ускорение свободного падения.

В случае прямолинейного участка трубопровода коэффициент гидравлического сопротивления

где — коэффициент гидравлического трения;l— длина участка трубы;d— внутренний диаметр трубы.

Водопроводы обычно работают в условиях турбулентного режима течения. Поэтому коэффициент гидравлического трения может быть определён по приближённой формуле А.Д. Альтшуля

где Re— число Рейнольдса;— абсолютная шероховатость стенок трубопровода. Например, для старых стальных труб1,5 мм.

Число Рейнольдса для напорных трубопроводов

где _B— кинематическая вязкость воды, м²/с.

Для облегчения гидравлических расчётов применяют таблицы или графики. В нашей стране используют таблицы Ф.А. Шевелёва, которые приведены в большинстве учебников и гидравлических справочников.

Начинают гидравлический расчёт внутреннего водопровода с определения нормативных расходов водоразборных приборов (кранов, смесителей).

Например, расход холодной воды для крана равен 0,2 л/с.

Затем выбирают расчетную линию сети, от ввода водопровода до наиболее удалённого и высокорасположенного прибора (рассматриваем тупиковые системы В1, без циркуляции).

Эту линию разбивают на участки в местах ответвлений трубопроводов, то есть там, где меняется расход воды. Определяют длину каждого участка и количество приборов, которое обслуживается данным участком. При этом учитывают вероятность совместного действия приборов.

Рассмотрим пример. Конечный участок водопровода в квартире облуживает один прибор — смеситель для кухонной мойки. Тогда расчётный расход данного участка будет 0,2 л/с. Следующий против движения воды участок обслуживает два прибора: смеситель для мойки и смеситель для умывальника. Однако расчетный расход данного участка не является простой суммой 0,2 + 0,2 = 0,4 л/с. Дело в том, что одновременно эти приборы включают не часто. Поэтому, рассчитанный по специальным формулам расчётный расход получается около 0,22-0,23 л/с. Так учитывают вероятность совместного действия приборов.

После определения расчётного расхода на каждом участке расчетной линии сети подбирают внутренний диаметр труб так, чтобы средняя скорость в трубе была оптимальной:

V₀= 0,9...1,2 м/с.

Эту скорость называют экономически целесообразной.

Скорость движения воды в трубах внутреннего В1 и Т3 не должна превышать 1,5 м/с.

Следующим шагом гидравлического расчёта является определение линейных потерь напора на каждом расчётном участке. Как уже было сказано, потери напора рассчитывают либо по формулам, либо с помощью таблиц.

Местные потери напора можно определять как долю линейных потерь напора.

Общая потеря напора на каждом участке трубопровода холодного водоснабжения может быть определена по формуле

H = i l (1 + k_l),

где i— гидравлический уклон (безразмерный), может быть найден, например, по таблицам Ф.А. Шевелёва;l— длина участка трубопровода;k_l— коэффициент, учитывающий долю местных потерь напора. Например, для хозяйственно-питьевого водопровода В1 можно принятьk_l= 0,3.

Таким образом, рассчитав на каждом расчётном участке потерю напора, находят суммарные потери напора в сети внутреннего водопровода.

Приведенные расчёты удобнее всего выполнять в таблице. Кроме того, вместо ручного счёта лучше применять электронные таблицы типа SuperCalc,Lotus1-2-3 илиMicrosoftExcel. На наш взгляд, наиболее удобными для автоматизации расчётов являются таблицыExcelверсий 97/2000/XP/2003/2007/2010 и др. ТаблицыMSExcelв настоящее время установлены практически на любом компьютере. Нами разработаны файлы-шаблоны таблиц гидравлического расчёта водопровода, которые можно получить через Интернет.

В наружных сетях водопровода имеется гарантированный напор H_g. Его величина должна быть не менее 10 м и не более 60 метров, считая от верха водопроводной трубы. Обычно в городах гарантированный напор находится в пределах 20-30 метров водяного столба. Для водоснабжения малоэтажных зданий часто хватает гарантированного напора, то есть дополнительной подкачки насосами не требуется. Для многоэтажных зданий, наоборот, надо проверять потребность в насосах, повышающих напор.

Насос для повышения напора в сети требуется, если напор насоса получается положительный по формуле

где H_тр— требуемый напор для здания, который можно найти так:

где H_geom— геометрическая высота от наружного трубопровода до самого высокого прибора в здании;H_B— потеря напора на водомерах;H_f— свободный напор перед прибором (2-3 метра водяного столба);H— суммарные потери напора в сети внутреннего водопровода, взятые из предыдущего расчёта (в табличной форме).