3.3. Гидравлический расчет канализационной сети
На гидравлический режим работы канализационной сети основное влияние оказывают загрязнения, находящиеся в потоке в нерастворенном виде. Задача гидравлического расчета канализационной сети состоит в том, чтобы при известном расходе воды подобрать диаметр труб и придать сети такие уклоны, при которых скорость движения потока была бы достаточной для перемещения загрязнений, движущихся с потоком.
Движение сточных вод по канализационным сетям может быть безнапорным и напорным. Самотечные сети рассчитывают на неполное заполнение труб сточными водами. Напорную канализационную сеть рассчитывают на полное заполнение и максимальный расход.
Сечение труб и каналов может иметь различные формы и должно обеспечивать: необходимые расходы сточных вод, прочность при воздействии постоянных и временных нагрузок, удобство очистки при засорении, наименьшие затраты на строительство.
В практике строительства канализационных сетей нефтебаз наиболее приемлемыми оказались трубы круглого сечения, их применяют как для самотечного, так и для напорного режимов.
Режим движения в сточных трубах и каналах в общем случае неравномерный и, боле того, неустойчивый. Неравномерность движения обуславливается путевыми присоединениями, изменением уклонов по длине трассы, различной шероховатостью труб, различного рода местными сопротивлениями и неравномерностью поступления сточных вод. Однако из-за большой сложности расчета сети с неравномерным движением потока, ее гидравлический расчет выполняют для режима равномерного движения.
Расчет безнапорной канализационной сети проводится на неполное заполнение сечения труб и каналов, при напорном режиме – на полное заполнение.
Расчетные зависимости для случая равномерного режима движения сточных вод имеют вид:
и
(3.1)
Здесь:
q – расход, м3/с;
- площадь живого сечения, м2;
- скорость движения жидкости, м/с;
R – гидравлический радиус, равный R = / р:
р – смоченный периметр, м;
i – гидравлический уклон (принимается равным уклону дна трубы);
С - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости стенок труб, размеры живого сечения, а также физические свойства сточной воды (вязкость, наличие взвесей).
Для определения коэффициента С пользуются формулой, справедливой для любого характера движения потока:
(3.2)
где - абсолютная шероховатость стенки трубопровода(справочная величина, зависящая от материала труб и условий их эксплуатации);
- скорость движения потока, мм/с.
Высота наполнения каналов любой формы при самотечном режиме принимается равной 0,8 Н (здесь Н – высота поперечного сечения канала).
Скорость движения сточных вод в различных сечениях канала неодинакова. В нижней части канала (у дна) скорость меньше, чем в средней части потока. С другой стороны, наибольшее количество взвешенных веществ передвигается с потоком у дна и расчет следовало бы вести ориентируясь на донную скорость. Однако, в виду недостаточной изученности данного процесса расчет выполняют, исходя из средней скорости:
,
м/с.
Под самоочищающей скоростью при максимальном расчетном расходе понимают такую максимальную скорость потока, при которой взвешенные частицы из потока не выпадают.
Минимальная скорость движения потока определяется из зависимости:
,
(3.3)
где н – незаиливающая скорость, м/с;
R – гидравлический радиус, м;
n – показатель степени, равный n = 3,5 + 0,5 R.
Минимальные диаметры труб для внутриквартальной канализационной сети принимают 150 мм, для внешних сетей – 200…250 мм.
Минимальные уклоны для трубопроводов всех систем канализации принимают для труб диаметром 150 мм – i = 0,008, диаметром 200 мм – i = 0,005.
Максимальная расчетная скорость потока сточных вод, не приводящая к быстрому износу труб назначается: для неметаллических труб max = 4 м/с, металлических max = 8 м/с.
Глубина заложения начальных участков канализационной сети определяется из следующих условий: необходимостью предотвращения замерзания сточных вод в трубах, предохранение труб от воздействия временных нагрузок, возможности принимать сточные воды из самой пониженной части здания или сооружения. Обычно глубина заложения принимается для труб диаметром до 500 мм на 0,3 м выше глубины положения нулевой температуры почвы, для труб диаметром более 500 мм - на 0,5 м. Запас тепла в сточных водах способствует образованию вокруг них зоны незамерзающего грунта, которая предотвращает замерзание сточной жидкости.