3. Пример расчета варианта задания

Рассмотрим следующий вариант водопроводной сети, схема которой показана на рис.4.

Трубопроводы имеют следующую длину:

₁= 20 м; ₂= 150 м; ₃= 450 м; ₄= 370 м; ₅= 280 м.

Разности высот узловых точек:

; 25 м; - 6 м;8 м;

- 7 м.

Насос забирает из берегового колодца воду с температурой =18C. Всасывающий трубопровод 1 снабжен клапаном с сеткой. Во время максимального водопотребления расход воды к потребителю I равен = 80 л/с. Избыточное давление воды у потребителя I в точке g должно составлять = 0,7 бар. ПотребительII снабжается горячей водой, нагреваемой в подогревателе до температуры = 95С. Гидравлическое сопротивление подогревателя составляет = 0,6 бар. Во время максимального водопотребления расход холодной воды к потребителюII равен = 60 л/с. Избыточное давление воды у потребителяII в точке m должно составлять = 1,2 бар. Отношение суммарного потребления воды во время максимального водопотребления к среднесуточному равно= 1,65. Принять, что всасывающий трубопровод изготавливается из стальной сварной трубы, которая является умеренно заржавевшей, а остальные трубопроводы – из бесшовных стальных труб. Потерями давления в поворотах трубопроводов пренебречь.

Требуется определить:

- диаметры труб 1 – 6;

- их гидравлические сопротивления;

- избыточные давления в точках a, b, c, d, e, f, k;

- необходимую высоту уровня воды в водонапорной башне ;

- допустимую высоту всасывания .

Построить графики геометрических высот узловых точек водопроводной сети и избыточного давления воды в этих точках, взяв в качестве расстояний между точками длины трубопроводов и считая нулевой высоту расположения насоса.

3.1. Расчет физических параметров воды

К потребителю I подается холодная вода с температурой . Избыточное давление воды = 0,7 бар = = 0,07 МПа. Принимаем, что атмосферное давление= =0,1 МПа. Отсюда абсолютное давление воды= =0,17 МПа.

В табл. П1 приведены значения параметров воды для абсолютных давлений 0,1 МПа, 2 МПа и температур 10С и 20С:

;

Определим значения плотности и вязкости воды для р = = 0,17 МПа и = 18С линейной интерполяцией по формуле

.

Здесь x₁, x₂, y₁, y₂ – соответственно значения аргумента и функции в ближайших ячейках таблицы; х – заданное значение аргумента; у – искомое значение функции. Так как характеристики воды зависят от двух параметров (температуры и давления), то сначала найдем их значения для температуры t = 18С и давлений р = 0,1 МПа и 2 МПа, а затем проведем интерполяцию по давлению.

К потребителю II вода поступает с температурой t_k = 95С при абсолютном давлении 2,2 бар или 0,22 МПа. Из табл. П1 находим ближайшие значения:

;

Аналогичным образом получаем

;

;

;

;

;

.

3.2. Расчет трубопровода 5

В период максимального водопотребления расход холодной воды к потребителю II составляет q₂=60 л/с= 0,06 м³/с. После нагревания до температуры 95С плотность воды снижается, а объемный расход увеличивается до значения

.

Первоначально принимаем скорость воды в этом трубопроводе v₅ = 1 м/с. Из (10) находим площадь внутреннего сечения трубы

.

Ориентировочный внутренний диаметр трубопровода

.

Из табл. 4 принимаем толщину стенки трубы  = 8 мм, отсюда наружный диаметр трубы = 276+2∙8=292 мм.

Ближайшей из ряда является труба с наружным диаметром = 299 мм. Внутренний диаметр трубы

=283 мм = 0,283 м.

Скорость воды в трубе

.

Критерий Рейнольдса для этого режима

.

Согласно табл. 11 для бесшовной стальной умеренно заржавевшей трубы принимаем величину эквивалентной шероховатости ₅=0,3 мм. Параметры течения

.

.

Из табл. 12 определяем, что течение в трубе находится в области квадратичной зависимости, для которой коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по формуле Шифринсона (13):

.

При длине трубопровода ₅=280 м его гидравлическое сопротивление согласно уравнению Дарси-Вейсбаха (5)

Принимаем, что точка разветвления е и подогреватель находятся на одной геометрической высоте. Падение давления за счет разности геометрических высот составит

Согласно заданию избыточное давление у потребителя II в точке m должно составлять . Отсюда избыточное давление в точкеk составит

По заданию гидравлическое сопротивление подогревателя . Отсюда избыточное давление воды в точкеr

.

Примем, что диаметр задвижки перед подогревателем равен диаметру трубопровода горячей воды. Скорость воды в подводящем трубопроводе

.

Из табл. 14 находим, что коэффициент местного сопротивления полностью открытой задвижки  = 0,1. Согласно (6) потеря давления воды на задвижке составит

45 Па.

Эта величина меньше погрешности округления, поэтому в дальнейших расчетах ее не учитываем.