И расходные характеристики для новых водопроводных труб

Диаметр, мм	Предельные расходы, л/с	Расходная характеристика К, л/с	Диаметр, мм	Предельные расходы, л/с	Расходная характеристика К, л/с
50	-	9,9
75	-	28,7
100	до 5,4	61,4	450	130-168	4259,3
125	5,4-9,0	110,8	500	168-237	4324,2
150	9,0-15,0	179,4	600	237-355	6999,3
200	15,0-28,5	383,7	700	355-490	10517
250	28,5-45,0	692,1	800	490-685	14964
300	45-68	1120,6	900	685-882	20430
350	68-96	1684,2	1000	882-1120	26485
400	96-130	2397

б) для принятых диаметров труб по справочной таблице находим расходные характеристики ;

в) определяем потери напора на трение для каждого участка по формуле

г) требуемую высоту водонапорной башни определяем из уравнения Бернулли, написанного для пунктов 1 и 4:

Так как местность по условию задачи горизонтальная, то

Пьезометрическая высота в первом пункте представляет собой искомую высоту водонапорной башни, а пьезометрическая высота– свободный напор в конечном пункте:

Округленно принимаем

Определяем пьезометрические высоты в узлах магистрали:

Таблица 2 – Результаты расчета магистрали

Номера пунктов	Длины участков ,	Расчетные расходы ,	Диаметры труб ,	Расходные характеристики ,	Потери напора ,	Пьезометрические высоты ,
1 2	400	48	300	1120,6	0,73	16,00 15,27

Окончание табл.2

Номера пунктов	Длины участков ,	Расчетные расходы ,	Диаметры труб ,	Расходные характеристики ,	Потери напора ,	Пьезометрические высоты ,
2 3 4	400 700	32 22	250 200	692,1 383,7	0,86 2,3	15,27 14,41 12,11

4. Ответвления от магистрали делятся на простые и сложные. Простые ответвления состоят из одного участка, а сложные – из двух и более участков. В качестве сложного ответвления в нашем случае выбирается линия 2-5-7, так как участок 5-7 по длине больше, и расход больше расхода .

Расчет сложного ответвления ведется в определенной последовательности:

а) определяем допустимые потери напора для ответвления 2-5-7 как разность пьезометрических высот в начальном и конечном пунктах ответвления:

б) находим средний гидравлический уклон

в) определяем требуемые расходные характеристики:

г) по справочным таблицам в соответствии со значениями требуемых расходных характеристик устанавливаем ближайшие диаметры стандартных труб:

при ;

при ;

д) определяем фактические потери напора для принятых труб

е) находим пьезометрические высоты

5. Расчет простых ответвлений 3-8 и 5-6 ведем в ниже излагаемой последовательности и результаты заносим в табл. 3:

Таблица 3 – Результаты расчета ответвлений

Номера ответвлений	Длина, м	Расход, л/с	Пьезометрическая высота в начале ответвления, м	Свободный напор в конце ответвления, м	Допустимые потери напора, м	Гидравлический уклон	Требуемая расходная характеристика Ктр, л/с	Диаметр трубы, мм	Расходная характеристика К, л/с	Фактические потери напора, м	Фактический свободный напор в конце ответвления
3-8
5-6

а) определяем допустимые потери напора как разность пьезометрических высот в начальном и конечном пунктах

б) гидравлический уклон

в) требуемая расходная характеристика

г) по справочной таблице устанавливаем ближайший больший диаметр стандартной трубы и его расходную характеристику ;

д) фактические потери напора

е) фактический свободный напор в конце ответвления

Рис. 5

Задача 6. Определить расход воды , протекающий из верхнего в нижний резервуар по системе труб, показанной на схеме (рис.5). Разность уровней воды в баках . Диаметр труб ,,,,. Длины труб ,,,,. При решении надо воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл.1).

Решение задачи:

Примем ;;;;;; ; ;;;.

Рассматривая поток из верхнего в нижний резервуар по трубам 1, 2 и 5, можно записать

.

Выразив потери напора для отдельных труб через их расходы, длины и расходные характеристики, будем иметь

Так как потери напора в ветвях замкнутого трубопровода с общими узлами равны между собой, можно составить уравнения

и

или

откуда

и .

Общий расход равен сумме расходов в ветвях замкнутой части системы

.

Подставим в последнее равенство полученные значения для и, выраженные через:

откуда

После подстановки последнего значения для в уравнение для суммарной потери напора в системе будем иметь

откуда

Расходные характеристики для известных диаметров труб устанавливаем по табл.1: ,,,. Значения всех величин подставляем в формулу в дециметрах:

Рис. 6

Задача 7. Цилиндрический бак диаметром имеет в дне два одинаковых отверстия, одно из которых снабжено внешним цилиндрическим насадком (рис.6). Какой диаметр должны иметь отверстия, чтобы при поступлении в бак расхода воды уровень поддерживался на высоте? Определить, за какое времяпроизойдет опорожнение сосуда через цилиндрический насадок после прекращения притока воды в бак.

Решение задачи:

Примем ,,.

Расход воды через отверстие

.

Расход воды через насадок

.

Общий расход воды

,

откуда

Коэффициент расхода для отверстия . То же, для цилиндрического насадка.

Диаметр отверстий

Время опорожнения сосуда через цилиндрический насадок

где – площадь днища бака

Задача 8. На водопроводной трубе диаметром установлен водомер диаметром(рис.7). На какую высоту поднимается вода в пьезометрической трубке, присоединенной к суженному сечению, при пропуске расхода, если уровень воды в пьезометре, присоединенном к трубе, ? Потери напора не учитывать.

Задача 9. По трубопроводу, имеющему сужение, протекает расход воды . Определить диаметр суженной части трубопровода , если известны показания пьезометров, и диаметр трубопровода . Потери напора не учитывать (рис.7).

Задача 10. На какую высоту может засасываться вода из резервуара по трубке, присоединенной к узкому сечению трубопровода, если по нему протекает расход (рис.8)? Диаметры , , избыточное давление в первом сечении . Потери напора не учитывать.

Задача 11. По трубопроводу, имеющему сужение, протекает расход воды . Без учета потерь напора определить, какой диаметр должна иметь узкая часть трубопровода, чтобы обеспечить засасывание воды из резервуара на высоту (рис.8). Диаметр трубопровода , избыточное давление в первом сечении .

Задача 12. К трубопроводу переменного сечения присоединены два пьезометра (рис.9). Пренебрегая потерями напора, определить, на какую высоту поднимется вода во втором пьезометре, если высота воды в первом пьезометре, диаметры , .По трубопроводу протекает расход воды .

Рис. 7	Рис. 8	Рис. 9

Задача 13. Определить расход воды в горизонтальном трубопроводе переменного сечения (рис. 10), скорость на каждом из его участков и построить пьезометрическую линию, если ,,и.

Рис. 10.	Рис. 11.

Задача 14. Определить расход воды в трубопроводе длиной (рис. 11), построить пьезометрическую и напорную линии, если длина первого участка, его диаметр, диаметр второго участка, напор в баке, отметка начала трубопровода, отметка конца, гидравлические коэффициенты трения,.

Задача 15. Из одного резервуара в другой вода поступает по сифонному трубопроводу длиной и диаметром (рис.12). Определить расход воды при разности уровней в резервуарах. Трубопровод снабжен приемным клапаном с сеткой () и задвижкой (). Потерями напора в коленах и на выход из трубы пренебречь. Коэффициент сопротивления трения. Найти вакуум в опасной точке сифона, если длина участка трубопровода до этой точки и ее возвышения над уровнем воды в верхнем резервуаре .

Задача 16. По сифонному трубопроводу длиной и диаметром нужно обеспечить расход бензина . Определить необходимую разность уровней в резервуарах и вакуум в опасной точке сифона С, если длина участка трубопровода до этой точки , а ее возвышение над уровнем в верхнем резервуаре (рис.12). Трубопровод имеет приемный клапан с сеткой () и задвижку (). Потери на поворотах не учитывать. Коэффициент сопротивления трения. Объемный вес бензина.

Задача 17. Определить максимально допустимую высоту установки насоса над уровнем воды в бассейне (рис.13) при следующих данных: производительность насоса ; вакуум во всасывающем патрубке ; длина всасывающей трубы , диаметр . Всасывающая труба снабжена приемным клапаном с сеткой () и имеет одно сварное колено(). Коэффициент сопротивления трения определить по эквивалентной шероховатости мм, предполагая наличие квадратичной зоны сопротивления.

Задача 18. Вода подается из нижнего закрытого бака в верхний открытый бак по вертикальной трубе за счет избыточного давления в нижнем баке (рис.14). Определить расход воды при следующих данных: , , . Коэффициент сопротивления трения определить по эквивалентной шероховатости мм, предполагая наличие квадратичной зоны сопротивления. Коэффициенты местных сопротивлений: входа в трубу ; вентиля; выхода изтрубы .

Рис. 12	Рис. 13	Рис. 14

Задача 19. Из нижнего бака с избыточным давлением по новой стальной трубе подается бензин в верхний бак, на поверхности которого поддерживается вакуум (рис.15). Разность уровней в баках , длина трубы , диаметр . При каком значении коэффициента сопротивления вентиля будет подаваться расход. Потерями напора на вход в трубу и выход из нее пренебречь. Коэффициент сопротивления трения определить по формуле П.Н. Конакова для гидравлически гладких труб. Объемный вес бензина , коэффициент кинематической вязкости .

Задача 20. Определить диаметры труб для участков тупиковой водопроводной сети (рис.16) и установить требуемую высоту водонапорной башни в точке 1 для подачи следующих расходов в конечные пункты сети: , , и . Длины участков в метрах указаны на схеме сети. Местность горизонтальная. В конечных пунктах сети должен быть обеспечен свободный напор . При расчете воспользоваться значениями предельных расходов и расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).

Рис. 15	Рис. 16	Рис. 17

Задача 21. Определить общий расход воды , поступающий по системе труб под напором (рис.17). Диаметры труб ; . Длины труб ; . Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).

Задача 22. Определить, при какой разности уровней воды в баках по системе труб будет протекать расход воды. Диаметры труб , ,, . Длины труб в метрах указаны на схеме (рис.18). Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).

Задача 23. Определить расход воды, протекающий из верхнего в нижний резервуар по системе труб, показанной на схеме (рис.19). Разность уровней воды в баках . Диаметры труб (в мм) указаны на схеме. Длины труб , ,.Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).

Задача 24. Определить, при каком напоре по системе труб (рис.20) будет протекать расход воды. Диаметры труб , . Длины труб ,. Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).

Рис. 18	Рис. 19	Рис. 20

Задача 25. В бак, разделенный тонкой перегородкой на два отсека, поступает расход воды . В дне каждого отсека имеются одинаковые отверстия диаметром , а в перегородке – отверстие диаметром . Определить расходы воды через донные отверстия и(рис.21).

Рис. 21	Рис. 22	Рис. 23

Задача 26. В бак, разделенный тонкой перегородкой на два отсека, поступает расход воды . В перегородке имеется отверстие диаметром . Из второго отсека вода отливается наружу через цилиндрический насадок диаметром (рис.22). Определить глубину воды в отсеках над центром отверстий.

Задача 27. В баке, имеющем в дне отверстие диаметром и в стенке отверстие, снабженное цилиндрическим насадком, диаметром , установился уровень воды на высоте . Определить, какой расход воды поступает в бак, если центр бокового отверстия возвышается над дном бака на высоту (рис.23).

Задача 28. Определить, какой объем воды был налит в цилиндрический бак диаметром , если вся вода вытекла из него через отверстие в дне диаметром за время (рис.24). Какое время потребуется для опорожнения такого же объема воды, если уменьшить диаметр бака в полтора раза?

Рис. 24	Рис. 25

Задача 29. Призматический бак высотой с дном площадьюсоединен с резервуаром цилиндрическим насадком диаметром(рис.25). Расстояние от дна бака до центра отверстия . Определить, за какое время наполнится бак, если уровень воды в резервуаре не меняется.

Задача 30. Как изменится время опорожнения открытого вертикального цилиндрического резервуара диаметром с начальным напором, если в его дне внешний коноидальный насадок диаметром заменить внешним цилиндрическим насадком того же диаметра?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П1 - Номера контрольных вопросов и задач

Последняя цифра шифра зачетной книжки	Номера задач для студентов очной формы обучения	Номера задач для студентов заочной формы обучения	Номера вопросов для студентов заочной формы обучения
0	8, 13, 15, 20, 22, 25, 28	8, 13, 15, 20, 22, 25, 28	1, 5, 9, 11, 21
1	10, 14, 16, 20, 23, 26, 30	10, 14, 16, 20, 23, 26, 30	2, 4, 8, 10, 20
2	9, 13, 17, 20, 21, 27, 29	9, 13, 17, 20, 21, 27, 29	3, 7, 12, 25, 29
3	11, 14, 19, 20, 23, 27, 29	11, 14, 19, 20, 23, 27, 29	6, 10, 13, 18, 26
4	10, 13, 15, 20, 24, 25, 30	10, 13, 15, 20, 24, 25, 30	1, 14, 16, 19, 27
5	12, 14, 16, 20, 23, 26, 28	12, 14, 16, 20, 23, 26, 28	3, 7, 15, 17, 20
6	8, 13, 19, 20, 22, 27, 29	8, 13, 19, 20, 22, 27, 29	2, 9, 12, 22, 28
7	11, 14, 17, 20, 24, 26, 30	11, 14, 17, 20, 24, 26, 30	4, 8, 17, 23, 30
8	9, 13, 18, 20, 24, 25, 28	9, 13, 18, 20, 24, 25, 28	2, 10, 16, 24, 26
9	12, 14, 18, 20, 21, 26, 29	12, 14, 18, 20, 21, 26, 29	1, 5, 11, 22, 25

Таблица П2 - Числовые значения величин

№ задачи	Наименование величины и единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
8	, м	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075
	, м	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04
	, м3/с	0,005	0,004	0,0045	0,005	0,004	0,0045	0,0055	0,0035	0,006	0,003
	, м	0,8	1,4	1,0	1,2	0,7	1,3	1,1	0,9	1,0	0,8
9	, м3/с	0,003	0,006	0,0035	0,0055	0,0045	0,004	0,005	0,0045	0,004	0,005
	, м	0,8	1,0	0,9	1,1	1,3	0,7	1,2	1,0	1,4	0,8
	, м	0,53	0,56	0,54	0,73	0,7	0,5	0,45	0,75	0,92	0,49
	, м	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10
10 34	, м3/с	0,004	0,015	0,0045	0,0125	0,004	0,015	0,0045	0,0125	0,004	0,015
	, м	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10
	, м	0,025	0,04	0,025	0,04	0,025	0,04	0,025	0,04	0,025	0,04
	, МПа	0,01	0,012	0,014	0,016	0,018	0,018	0,016	0,014	0,012	0,01
11	, м3/с	0,015	0,0045	0,0125	0,004	0,015	0,004	0,015	0,0045	0,0125	0,004
	, м	5,2	2,5	3,5	2,1	6,0	2,3	5,8	2,7	3,3	1,5
	, м	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06	0,10	0,06
	, МПа	0,018	0,016	0,014	0,012	0,010	0,010	0,012	0,014	0,016	0,018
12	, м	0,53	0,56	0,54	0,73	0,70	0,50	0,45	0,75	0,92	0,49
	, м	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05	0,04	0,05
	, м	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10
	, м3/с	0,003	0,006	0,0035	0,0055	0,0045	0,004	0,005	0,0045	0,004	0,005

Продолжение прил. 2

№ задачи	Наименование величины и единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
13	, м	5,0	4,8	4,6	4,4	4,2	4,0	5,2	5,0	4,8	4,6
	, м	0,15	0,10	0,15	0,10	0,15	0,20	0,10	0,15	0,15	0,10
	, м	0,20	0,20	0,20	0,15	0,25	0,25	0,15	0,20	0,20	0,15
	, м	0,10	0,15	0,15	0,10	0,20	0,20	0,20	0,10	0,15	0,10
14 35	, м	120	130	110	120	140	130	120	110	120	130
	, м	75	80	85	80	90	85	70	80	85	80
	, м	0,10	0,095	0,09	0,10	0,095	0,09	0,10	0,095	0,09	0,09
	, м	0,15	0,14	0,13	0,12	0,15	0,14	0,13	0,12	0,14	0,12
	, м	4,5	5,0	5,5	5,0	4,5	5,0	5,5	4,5	5,0	5,5
	, м	5	4	5	4	5	4	5	4	5	4
	, м	3,5	2	3,5	2	3,5	3	3,5	3	3,5	3
		0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
		0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027	0,027
15	, м	30	40	50	40	50	30	50	30	40	40
		0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10
	, м	5	6	6	5	7	5	5	6	5	7
	, м	20	25	30	25	30	20	30	20	25	25
	, м	2	3	2	3	2	3	2	3	2	3
16	, м	20	30	40	20	30	40	20	30	40	30
		0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075
	, м3/с	0,0187	0,0078	0,016	0,011	0,0171	0,0093	0,016	0,010	0,016	0,010
	, м	10	15	20	10	15	20	10	15	20	15
	, м	4	3	2	2	4	3	4	2	3	3

Продолжение прил. 2

№ задачи	Наименование величины и единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
17	, м3/с	0,030	0,015	0,045	0,015	0,045	0,030	0,045	0,030	0,015	0,030
	, МПа	0,06	0,065	0,06	0,065	0,06	0,065	0,06	0,065	0,06	0,065
		10	15	20	10	15	20	10	15	20	10
		0,20	0,15	0,25	0,15	0,25	0,20	0,25	0,20	0,15	0,20
18	, МПа	0,065	0,065	0,065	0,070	0,070	0,070	0,075	0,080	0,075	0,075
		0,10	0,125	0,15	0,15	0,125	0,10	0,125	0,10	0,10	0,125
		3	3,5	4	3,5	4	3	4	3	3,5	3
19 36	, МПа	0,030	0,045	0,06	0,075	0,09	0,09	0,075	0,06	0,045	0,03
	, МПа	0,060	0,045	0,03	0,03	0,015	0,03	0,015	0,045	0,03	0,075
	, м	2	3	4	2	3	4	2	3	4	4
		10	12	14	16	18	10	12	14	16	18
		0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10
	, м3/с	0,018	0,030	0,016	0,040	0,020	0,040	0,020	0,035	0,016	0,035
20	, м3/с	0,022	0,024	0,026	0,028	0,030	0,030	0,022	0,028	0,024	0,026
	, м3/с	0,006	0,008	0,010	0,008	0,010	0,006	0,010	0,006	0,008	0,008
	, м3/с	0,010	0,006	0,008	0,008	0,006	0,010	0,006	0,010	0,008	0,006
	, м3/с	0,010	0,012	0,014	0,016	0,018	0,018	0,016	0,014	0,012	0,010
21	, м	2,27	7,10	6,02	4,61	2,68	4,64	5,12	2,72	2,67	2,60
	, м	0,15	0,075	0,10	0,125	0,15	0,125	0,15	0,20	0,10	0,125
	, м	0,125	0,050	0,075	0,10	0,125	0,10	0,125	0,15	0,075	0,10
	, м	160	40	80	120	160	120	160	200	80	120
	, м	80	20	40	60	80	60	80	100	40	60

Продолжение прил. 2

№ задачи	Наименование величины и единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
22	, м3/с	0,010	0,012	0,014	0,016	0,018	0,018	0,016	0,014	0,012	0,010
	, м	0,10	0,125	0,125	0,10	0,10	0,125	0,125	0,10	0,10	0,125
	, м	0,075	0,10	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,075	0,10
	, м	0,10	0,075	0,10	0,075	0,075	0,10	0,10	0,075	0,10	0,075
	, м	0,125	0,15	0,15	0,125	0,125	0,15	0,15	0,125	0,125	0,15
23	, м	6	8	10	12	14	14	12	10	8	6
	, м	100	90	75	65	50	70	85	75	65	90
	, м	200	180	150	130	100	140	170	150	130	180
	, м	100	130	150	170	200	180	160	150	120	110
24 37	, м3/с	0,020	0,030	0,040	0,010	0,015	0,020	0,010	0,015	0,020	0,025
	, м	0,10	0,125	0,15	0,075	0,10	0,125	0,05	0,075	0,10	0,125
	, м	0,125	0,15	0,20	0,10	0,125	0,15	0,075	0,10	0,125	0,15
	, м	60	80	100	40	60	80	20	40	60	80
	, м	120	160	200	80	120	160	40	80	120	160
25	, м3/с	0,030	0,032	0,034	0,036	0,038	0,040	0,042	0,044	0,046	0,048
	, м	0,10	0,10	0,10	0,150	0,125	0,075	0,075	0,075	0,10	0,125
	, м	0,15	0,125	0,10	0,15	0,10	0,075	0,10	0,125	0,075	0,075
26	, м3/с	0,028	0,025	0,030	0,020	0,020	0,030	0,025	0,030	0,025	0,020
	, м	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,10	0,075	0,075	0,10
	, м	0,075	0,075	0,050	0,050	0,075	0,075	0,075	0,050	0,050	0,050

Окончание прил. 2

№ задачи	Наименование величины и единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
27	, м	0,10	0,075	0,125	0,10	0,075	0,125	0,10	0,075	0,125	0,125
	, м	0,06	0,075	0,10	0,10	0,060	0,075	0,075	0,10	0,060	0,125
	, м	2,0	1,8	1,6	1,4	2,0	1,6	1,8	1,4	1,8	1,6
	, м	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3
28	, м	1,0	1,04	0,8	0,9	1,3	0,7	0,8	1,2	0,6	0,7
	, м	0,10	0,125	0,075	0,10	0,125	0,075	0,10	0,125	0,075	0,10
	, с	60	50	60	50	60	50	60	50	60	50
29 38	, м	2	1,5	2	1,5	2	1,5	2,5	2,2	2,2	2,2
	Ω, м2	0,5	0,4	0,4	0,5	0,6	0,6	0,5	0,4	0,5	0,6
	, м	0,05	0,04	0,06	0,05	0,04	0,06	0,05	0,04	0,06	0,05
	, м	0,5	0,4	0,6	0,6	0,4	0,5	0,6	0,6	0,4	0,5
30	, м	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4
	, м	2,5	2,6	2,4	2,5	2,6	2,5	2,4	2,4	2,5	2,3
	, м	0,05	0,04	0,05	0,05	0,04	0,05	0,05	0,04	0,05	0,04