1.2. Определение параметров водопроводного сооружения, пересекающего автомобильную дорогу.

Требуется определить размеры бетонной шероховатой, при среднем ее состоянии безнапорной трубы, пропускающей при уклоне i = 0,003 и степени наполнения a около 0,75 расход Q = 2 м3 /с.

По справочнику [1,3] принимаем коэффициент шероховатости п = 0,014.

Произведу гидравлический расчет по таблицам, составленным В. И. Калицуном [7,9] для труб с коэффициентом шероховатости n = 0,014.

Определяем модуль расхода по формуле (4)

По таблице значений модулей расхода и скорости для труб при n = 0,014 [7,9] находим, что для трубы d = 1200 мм при степени наполнения модуль расхода равенК=35740 л/с, а модуль скорости W=36,8 м/с. При степени наполнения модуль расхода К=37680 л/с, а модуль скорости W = 36,8 м/с.

Интерполяцией определяем, что модуль расхода К =36516 л/с, будет соответствовать степени наполнения , что близко к заданному, а модуль скорости W = 36,8 м/с.

Следовательно, скорость V по формуле (1.3) равна:

При уменьшении расхода в трубе в 2 раза модуль расхода будет равен:

Для трубы d =1200 мм при степени наполнения модуль расхода К = 15232 л/с и модуль скорости W = 30,8 м/с, а при степени наполнения модуль расходаК = 18282 л/с и модуль скорости W = 32,4 м/с.

Интерполяцией определяем, что модуль расхода К = 18258 л/с, будет соответствовать степени наполнения а = 0,5, а модуль скорости W = 32,4 м/с

Следовательно, скорость будет равна:

2. Гидравлический расчёт распределительной водопроводной сети населённого пункта. Определение требуемой высоты водонапорной башни (вб).

2.1. Определение расчётных расходов воды на участках распределительной водопроводной сети.

Расходы воды, протекающие по трубопроводам сети, состоят из транзитных ()и путевых ()расходов. Транзитными называются постоянные расходы, протекающие через данный участок без изменения величины и предназначенные для обеспечения водой далее расположенных потребителей.

Во многих случаях приходится рассчитывать водопроводные линии, в которых вода расходуется в большом количестве пунктов часто расположенных. Например, из водопроводной линии, проложенной вдоль улицы города, вода подается к отдельным зданиям. Так как вводы в здания расположены часто, то их при расчете заменяют непрерывной равномерной раздачей вдоль всего трубопровода.

Такой случай водопровода носит название водопровода с равномерным путевым расходом. На участке с путевым отбором воды расход по длине участка будет переменным. Потеря напора при путевом расходе будет меньше, чем при равном ему расходе сосредоточенным в конце участка.

Для расчета такого водопровода оказывается возможным, с достаточной для практики точностью, полагать, что разбор воды в пути осуществляется не только равномерно, но и непрерывно с интенсивностью удельного путевого расхода на 1 пог. метр трубы.

Величина путевого расхода на участке равна:

(2.1)

где: длина расчётного участка, м.

Для подавляющего большинства участков сети идет одновременно по ним и путевой, и транзитный расходы. При наличии этих двух видов расходов эквивалентный им расчётный расход может быть вычислен по формуле:

(2.2)

где: коэффициент, зависящий от соотношения величин транзитного и путевого расхода и от степени равномерности отбора воды по длине трубопровода, принимаемый в проектных расчётах .

сосредоточенный расход,.

(2.3)

Эта формула дает относительно небольшое отклонение от истинного расчетного расхода (за исключением тупиковых участков при Q т = 0, где потери напора несущественны по абсолютному значению).

Приняв указанное значение α, можно отказаться от условно распределённого разбора воды, сосредоточив водопотребление в узловых точках с узловым расходом . Для этого путевой расход на каждом участке следует разделить пополам и одну половину расхода отнести к одному концу расчетного участка, а вторую - к другому его концу.

(2.4)

(2.5)

Рис. 6. Распределение расходов на участке.

Для реализации поставленной задачи, выполняются следующие операции:

• Производиться разбивка трубопровода на расчётные участки (с нумерацией расчётных точек и выделение основного расчётного направления).

• Определяется с применением подхода, описанного ниже.

Если в каждом узле сети сосредоточить некоторый расход равный полусумме путевых расходов участков, примыкающих к этому узлу, то получится такая условная схема отбора воды, при которой вся отдача происходит в узлах сети. Эта схема дает возможность легко получать значения расчетных расходов участков, уже не считаясь с путевыми расходами. При подобной условной расчетной схеме водоотдачи, все расчетные расходы участков становятся равными их транзитным расходам.

Распределяя путевые расходы на каждом участке по правилу М. М. Андрияшева пополам на смежные узлы, получим расчетную схему, приведенную на рис. 7.

В соответствии с этой схемой расчетные расходы на отдельных участках сети приведены в таблице 2.

Рис. 7. Расчётная схема тупиковой водопроводной сети.

Таблица 2. Расчётный расход на каждом участке трубопроводной сети.

Расчётный участок	1-2	5-2	2-3	6-3	3-4	9-7	8-7	7-4	НС-1-ВБ
Расчётный расход ,									100,8

2.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СЛОЖНОГО (ТУПИКОВОГО) ДЛИННОГО ТРУБОПРОВОДА.

При выполнении гидравлического расчёта сложных трубопроводов составляется система уравнений баланса расхода в узлах и баланса напоров в разветвлённых участках.

Для получения «замкнутой» системы уравнений вводится дополнительные условия:

• Полные напоры в узле равны пьезометрическим напорам.

–(пренебрегая скоростными напорами)

• Напоры в сечениях участка трубопровода, примыкающих к узлу, считаются одинаковыми (местными потерями напора в узлах пренебрегаем)

Рис. 8. Баланс напоров в трубопроводе.

Вычисление диаметров труб производиться по формуле:

(2.6)

где: экономическая скорость движения воды, м/с.

Экономическая скорость зависит от стоимости электроэнергии, стоимости труб и их укладки, расчетного срока службы и материала труб.

При известных по ближайшим значениям предельных расходов (прил. 2[9]) определяется экономическая скорость

Вычисленные по формуле (2.6) диаметры труб округляются до ближайшего стандартного (условного по ГОСТ) диаметра(прил. 1[9]). При этом при малых диаметрах округление лучше проводить до ближайшего большего диаметра, т.к. при малых диаметрах небольшое увеличение расхода будет вызывать значительное увеличение потери напора на расчетном участке.

Принятый по ГОСТ условный диаметр имеет фактически внутренний диаметр, отличный от действительного. Действительный диаметр именуют расчетным диаметром -, который берётся из прил. 1[9] по условному диаметру.

Так как с течением времени происходит коррозия труб, и образование на них отложений под влиянием протекающей воды, шероховатость труб возрастает.

Поэтому при расчете неновых стальных труб внутренний расчетный диаметр , для труб диаметром менее 300 мм уменьшают на 1 мм. Для труб диаметром 300 мм и более такое уменьшение практического значения не имеет и поэтому не учитывается.

По принятому расчетному диаметру определяется расчетная (действительная) скорость по формуле:

(2.7)

Потери напора по длине в трубопроводах определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

(2.8)

где: - гидравлический коэффициент трения;

l - длина трубопровода, м;

- внутренний расчетный диаметр трубопровода, м;

- средняя расчетная скорость, м/с;

g - ускорение силы тяжести, ;

Одним из важнейших параметров, от которого зависит величина потери напора при движении жидкости, является гидравлический коэффициент трения , от правильности выбора величины которого зависит точность гидравлических расчетов. Современные расчетные формулы для турбулентного течения (а в водопроводных трубах наблюдается турбулентное течение) предусматривают в общем виде зависимость гидравлического коэффициента трениятолько от числа Рейнольдса- Re и относительной шероховатости :

(2.9)

где: – эквивалентная шероховатость, равнаядля стальных труб.

Все формулы для определения гидравлического коэффициента можно подразделить на два вида: те, которые действительны только для определенных значений числа Рейнольдса в движущейся жидкости и универсальные, которыми можно пользоваться при различных числах Рейнольдса.

При выполнении курсовой работы по заданию коэффициент трения должен быть определен для самотечной и всасывающей линии по универсальной, практически очень удобной для расчетов, формуле А.Д. Альтшуля для стальных труб промышленного изготовления:

(2.10)

Рейнольдс установил, что основными факторами, определяющими характер режима, являются: средняя скорость движения жидкости V, диаметр трубы d и кинематическая вязкость жидкости ϑ, которая равна при(прил. 3 [9]).

Для характеристики режима движения жидкости Рейнольдсом был введён безразмерный параметр , учитывавший влияние перечисленных факторов, в последствии названный числом Рейнольдса, которое определяется по формуле:

(2.11)

Используя ранее найденные значения скорости и диаметра, находим число Рейнольдса:

Зная число Рейнольдса для каждого участка можно определить по формуле (2.10):

Теперь можем определить потери напора на каждом участке :

Результаты гидравлического расчёта сводится в таблице 3.

Таблица 3. Определение конструктивно-технологических параметров распределительной водопроводной сети.

Номер расчётного участка i-j				мм	мм	мм				м
1-2	400	26,6	1,34	159,02	175	169	1,19	153057,28	0,034	5,715
5-2	700	2,8	0,96	60,95	75	82	0,53	33204,98	0,041	5,013
2-3	900	37,4	1,34	188,56	200	208	1,10	174850,68	0,032	8,554
6-3	1200	19,8	1,12	150,07	150	157	1,02	122637,87	0,034	14,013
3-4	500	65,6	1,34	249,73	250	259	1,25	246299,27	0,030	4,616
9-7	700	20	1,12	150,82	150	157	1,03	123876,63	0,034	8,339
8-7	600	2,4	0,96	56,43	60	69	0,64	33823,707	0,043	7,777
7-4	800	28	1,34	163,15	175	169	1,25	161112,92	0,034	12,657
НС-1 - ВБ	1800	100,8	1,35	308,41	350	362	0,98	270776,52	0,028	6,788