Расчет высоты уровня воды в баке водонапорной башни

Принимаем, что от точки с до бака установлена вертикальная труба. Задаемся скоростью воды в трубопроводе v₆= 1 м/с.

.

.

Из табл. П4 принимаем  = 8 мм, d_нар,6=231+2∙8=247 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметром . Внутренний диаметр трубы

.

Скорость воды в трубе

.

.

Для бесшовной стальной новой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости ₆=0,02 мм. Параметры течения

.

Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области гидравлически гладких труб, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле:

.

Трубопровод 6 соединяется с магистральными трубопроводами 2 и 3 через вытяжной тройник. При соотношениях

;

по табл. П17 коэффициент сопротивления тройника _6-3= 0,95. Потеря давления воды в тройнике в сторону бака водонапорной башни

Избыточное давление воды в точке d

.

Это давление должно быть обеспечено весом столба воды с учетом гидравлического сопротивления участка трубопровода и атмосферного давления на поверхность воды в баке водонапорной башни.

Пренебрежем потерей давления при входе воды в опускную трубу, но примем, что длина трубы ₆ равна высоте уровня воды Н₆. Тогда

Отсюда линейное сопротивление трубопровода

.

Расчет всасывающего трубопровода 1

Из табл.П2 определяем абсолютное давление воды на линии насыщения:

При

Избыточное давление насыщения

Принимаем запас по давлению .

Избыточное давление воды перед насосом

.

Задаемся скоростью воды в трубопроводе v₁= 0,5 м/с. Отсюда

,

.

Из табл. П6 принимаем  = 8 мм, d_нар,1=446+2∙8=462 мм. Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметром . Внутренний диаметр трубы

.

Скорость воды в трубе

.

.

Согласно табл. П11 для стальной чугунной неновой трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости ₁=1 мм. Параметры течения

,

.

Из табл. П12 определяем, что течение в трубе находится в области квадратичной зависимости, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле:

.

При длине трубопровода ₁=30 м линейное сопротивление

.

Из табл. П13 для трубы диаметром 410 мм коэффициент гидравлического сопротивления всасывающего клапана составляет =3,1. Гидравлическое сопротивление клапана

.

Отсюда допустимая высота всасывания

Результаты расчета сводим в таблицу.

Расчетные характеристики трубопроводов

Характеристика			Трубопроводы
			1		2		3		4		5		6
Длина трубы, м			30		180		510		400		330		26,43
Диаметр трубы, мм	Dнар	426		325		402		325		245		245
	Dвн	410		309		382		309		231		229
Давление воды, МПа	вход	0		0,5075		0,2585		0,2685		0,0002		0
	выход	-0,067		0,2585		0,2695		0,21		0,1202		0,258
Объемный расход воды, м3/с			0,078		0,078		0,12		0,08		0,04		0,042
Скорость воды, м/с			0,591		1,04		1,047		1,067		0,991		1,02
Критерий Рейнольдса Re			241225		319921		398163		328226		722585		232534
Коэффициент сопротивления 			0,0244		0,013		0,012		0,013		0,0108		0,014
Линейное сопротивление, МПа			0,003		0,004		0,008		0,0095		0,0072		0,008

Строим график геометрических высот узловых точек. Начальная точка на графике соответствует месту забора воды из колодца. Ее координаты (0; - 6,23). Точки a и b на схеме сливаются в одну точку на графике с координатами (30;0). Точка с по оси абсцисс отстоит от точки b на 180 м и находится выше на 25 м. Ее координаты (210;25). Из нее выходят две линии, соответствующие магистральному трубопроводу 3 и трубопроводу 6 водонапорной башни. Уровню воды в водонапорной башне (окончанию трубопровода 6) соответствует точка с координатами (210; 51,43). Точки e, f, r, k сливаются в одну точку на графике с координатами (720;23). Из этой точки отходят две линии, соответствующие потребителю I с координатами (1120;28) и потребителю II с координатами (1050;18).

Строим график избыточных давлений в узловых точках. В месте забора воды абсолютное давление равно атмосферному, а избыточное давление равно нулю. В точке a перед насосом давление понижается до -0,067 МПа, после насоса в точке b давление возрастает до 0,5075 МПа. При движении воды по трубопроводу 2 давление воды в точке с снижается до 0,2585 МПа. Основной вклад в падение давления вносит затрата энергии на подъем жидкости на высоту 25 м. В трубопроводе водонапорной башни давление снижается до атмосферного, а в магистральном трубопроводе 3, направленном под уклон с разностью высот 6 м, давление воды возрастает до 0,2695 МПа. В точке е происходит разделение потоков к потребителям. В напорном трубопроводе 4 давление снижается до 0,21 МПа, в трубопроводе 5 за счет сопротивления на частично закрытой задвижке давление в точке r снижается до 0,1202 МПа, затем на величину сопротивления подогревателя в точке k уменьшается до 0,0002 МПа и за счет движения воды под уклон возрастает в точке m до 0,1202 МПа.