7.5. Гидравлический расчет водопроводной сети

Гидравлический расчет водопроводной сети сводится к выбору наивыгоднеиших диаметров труб и определению потерь напора на отдельных участках. Вычисленные потери напора используются затем для расчета высоты водонапорной башни и выбора насосов. Найденные расчетом диаметры должны обеспечивать надежное снабжение всех потребителей заданным количеством воды под необходимым напором при минимальных затратах на сооружение и эксплуатацию системы водоснабжения.

Потери напора в трубопроводах обусловлены вязкостью жидкости и вызываются сопротивлениями двух видов:

• местными сопротивлениями (h_м) вследствие изменения формы поперечного сечения и направления движения потока;

• сопротивлениями по длине потока (h_дл), вызываемыми силами трения.

Потери напора по длине составляют 85-90% общих потерь и могут быть определены по формуле (4.7), а потери в местных сопротивлениях по формуле (4.8). Используя уравнение неразрывности, потери напора по длине можно выразить через расход и рассчитать по формулам 4.24 и 4.25. На базе этих формул Ф.А.Шевелевым составлены "Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб". При расчете бывших в употреблении труб потери напора определяются по следующим расчетным формулам ВНИИ ВОДГЕО:

• при скорости v  1,2 м/с

, (7.5)

• при скорости v  1,2 м/с

. (7.6)

Потери напора на единицу длины линии называют гидравлическим уклоном:

. (7.7)

Для удобства формулы 7.5 и 7.6 можно привести к виду:

, (7.8)

где l - длина участка, м;

d - диаметр труб, м;

Q - расчетный расход воды м³/с;

s_о - удельное и S - полное сопротивление водовода.

В кольцевых сетях при выполнении гидравлического расчета необходимо проверить не только равенство нулю алгебраической суммы расходов в каждом узле, но и равенство нулю алгебраической суммы потерь напора в каждом замкнутом контуре сети:

, (7.9)

где h⁺ и h^- - потери напора на участках соответственно с направлением движения воды по часовой и против часовой стрелки.

Обычно предварительно намеченное распределение воды удовлетворяет только первому условию и не удовлетворяет второму, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольцах не равна нулю h0. Эту величину называют неувязкой или погрешностью расчета. Процесс уменьшения этой погрешности до приемлемых величин h0,5 называют увязкой сети. Она заключается в корректировании предварительно намеченных расходов воды по участкам сети, которая осуществляется путем переброски части общего расхода с одного направления движения воды на участки с противоположным направлением движения воды. В настоящее время используется несколько методов увязки сети.

Рассмотрим одно кольцо с намеченным распределением расходов и принятыми диаметрами труб и известными диаметрами участков. Допустим, что при первой разброске расходов в кольце получена неувязка

. (7.10)

Для получения нулевой неувязки h=0 необходимо по линиям кольца пропустить пока неизвестный поправочный расход Q в направлении, обратном знаку невязки. Тогда уравнение примет вид:

(7.11)

Раскрывая скобки и отбрасывая члены содержащие Q² как относительно малые по сравнению с членами уравнения содержащими Q, определяем приблизительно величину:

. (7.12)

Из данной формулы видно, что величина увязочного расхода имеет знак, обратный знаку невязки. Например, если невязка положительна, то это значит, что перегруженными оказались участки с направлением движения по часовой стрелке, а недогруженными - с противоположным направлением движения. В процессе увязки расходы воды всех перегруженных участков должны быть уменьшены на величину увязочного расхода Q при одновременном увеличении на эту величину расходов по всем недогруженным участкам. Внесение поправок делают до тех пор, пока величина невязок не будет превышать допустимых пределов. В многокольцевых сетях, в отличии от однокольцевой, по всем участкам, смежным для двух колец, будут иметь место два поправочных расхода - по одному от каждого кольца. В настоящее время гидравлический расчет водопроводных сетей выполняется на ЭВМ.