Водопроводные
сети
и зданиях могут иметь различную
конфигурацию в зависимости от мест
расположения водоразборных приборов,
а также от назначения здания, технологических
и противопожарных требований. Сети
состоят из магистральных и распределительных
трубопроводов, а также подводок к
водоразборной арматуре.
Водопроводные
сети бывают тупиковыми, кольцевыми и
комбинированными, а по расположению
магистральных трубопроводов — с нижней,
верхней, горизонтальной и вертикальной
разводкой. По виду подачи воды различают
также сети циркуляционные
напорные
и самотечные,
двойные.
Тупиковые
водопроводные сети целесообразно
предусматривать в зданиях, где допускается
перерыв в подаче воды при необходимости
отключения отдельных участков для
производства ремонтных работ. Тупиковые
сети и отдельные тупиковые участки
проектируют практически во всех зданиях
любого назначения — жилых, общественных,
производственных и вспомогательных
зданиях промышленных предприятий.
Кольцевые
водопроводные сети применяют
в зданиях с противопожарным водопроводом,
а также в тех случаях, когда необходимо
обеспечить высокую надежность и
бесперебойность подачи поды потребителям.
Кольцевые сети, как правило,
присоединяют двумя или несколькими
вводами к одному или нескольким участкам
наружного водопровода. Кольцевание
сети может быть в горизонтальной и
вертикальной плоскостях.
Тупиковая
схема
сетки состоит из магистральной линии
и ответвлений, которые отходят в виде
тупиковых участков. В тупиковой сети
вода движется в одном направлении — до
конца ответвления. Тупиковая схема —
кратчайшая по длине, но менее надежная
относительно бесперебойной подачи
воды.
Во время аварии
на одном участке магистрали все участки,
которые расположены за ним, не будут
обеспечены водоснабжением.
Кольцевая
схема
не имеет тупиковых участков и все ее
ответвления соединены между собой и
замкнуты.
Кольцевая и
комбинированная схемы сетей водоснабжения
более надежные в эксплуатации. В
закольцованной сети вода не застаивается,
а постоянно циркулирует. Аварийные
участки выключают без прекращения
подачи воды другим потребителям.
Трассу водопроводных
сетей увязывают с вертикальной и
горизонтальной планировкой местности
и с учетом других подземных инженерных
сетей. Водопроводные сети на проездах,
как правило, укладывают прямолинейно
и параллельно линия застройки, строго
по трассе.
Пересечения
трубопроводов нужно выполнять под
прямым углом между собой и к оси проездов.
Размещение водопроводных линий по
отношению к другим подземным коммуникациям
должно обеспечить возможность монтажа
сетей и не допускать подмывов фундаментов
в случае повреждения водопровода.
Расстояние в плане
от водопроводных сетей до параллельно
расположенных зданий и сооружений нужно
определять в зависимости от конструкций
фундаментов зданий, глубины их заложения,
диаметра и характеристики сетей, напора
воды в них и т.п.
При расчете кольцевой
водопроводной сети выполняют аналогичные
подготовительные работы и расчеты, как
и для тупиковых сетей: плановую
трассировку, выбор схемы питания (от
насосной станции и проходной башни или
контррезервуара), определяют удельные,
путевые и узловые расходы, намечают
начальное потокораспределение и
расчетные расходы на случаи: максимального
водопотребления, водопотребления в
периоды пожаров, максимального транзита
воды в контррезервуар при минимальном
водопотреблении. После этого приступают
к увязке кольцевой сети.
Задачей увязки
кольцевой сети является нахождение
действительного распределения воды по
участкам при принятых наиболее выгодных
диаметрах и расчетных режимах работы
сети. Расчет кольцевых водопроводных
сетей для всех колец и узлов сети должен
удовлетворять следующим условиям
(14.43): в каждом узле должен соблюдаться
баланс расходов (первый закон Кирхгофа);
в каждом кольце и по внешнему контуру
сети суммарные потери напора должны
быть равны нулю (второй закон Кирхгофа):
Рассмотрим, как
движется вода в кольцевой сети. Для
примера возьмем однокольцевую сеть с
питанием в точке 1 (рис. 14.13). Предположим,
что узловые отборы воды известны. Для
того, чтобы определить расчетные расходы,
необходимо знать направление движения
воды по отдельным участкам.
Расчетная схема
однокольцевой сети
Предположим, что
поток в точке 1 разделяется на два
направления, и в какой-то точке 3 эти
потоки сходятся. Следовательно, сумма
потерь напора от точки 1 до точки 3 по
правой ветви должна равняться сумме
потерь напора между этими точками по
левой ветви:
h1-2 + h2-3 = h1-4 + h4-3
Следовательно, можно
сделать вывод о том, что алгебраическая
сумма потерь напора по всей длине кольца
равна нулю:
h1-2 + h2-3 – h1-4 – h4-3,
Если бы положение
точки схода потоков было известно, то
расчет кольцевой сети сводился бы к
расчету двух тупиков. Но положение точки
схода неизвестно, поэтому гидравлический
расчет, кроме определения диаметров и
потерь напора на всех участках
трубопроводов, должен в результате
показать и место схода потоков.
Существует множество
методов гидравлического расчета
кольцевых сетей. Рассмотрим самые
распространенные.
Этот метод предложен
профессором В.Г. Лобачевым и одновременно
X. Кроссом. Увязка сети по этому методу
при автоматическом соблюдении первого
закона Кирхгофа достигается последовательным
введением поправок к расходам на участках
кольца, выраженным через контурный
расход Δq в кольце, до тех пор, пока не
будет выполняться и второй закон Кирхгофа
– условие (14.43). Сущность его заключается
в следующем:
– в сети (рис. 14.13)
ориентировочно намечается точка схода
потоков (например, наиболее удаленная
от ввода точка 3);
– по максимальному
расчетному расходу определяются
наибольшие диаметры труб с учетом
экономического фактора на каждом
участке;
– по расходу и диаметру
определяются потери напора на каждом
участке: h1-2, h2-3, h1-4, h4-3
Так как расходы воды
на каждом участке были распределены
ориентировочно, то сумма потерь напора
в кольце будет равна не нулю, а какой-то
величине Δh, называемой невязкой:
h1-2 + h2-3 – h1-4 – h4-3 = Δh ≠
0(14.46)
Поскольку величина
потерь напора на каждом участке может
быть определена по формуле (14.31):
h=Alq2 = Sq2
для рассматриваемого
примера можно записать
S1-2q1-22 +
S2-3q2-32 – S1-4q1-42 – S4-3q4-32 = Δh.(14.47)
Рис.. Расчетная схема
сети из двух колец: а – дифференциальный;
б – интегральный: 1 – кривая недопотребления;
2 – график работы насосов I-го подъема; 3
– график работы насосов II-го подъема.
Для того, чтобы Δh =
0, необходимо все расходы исправить на
какую-то величину Δq (знак Δq в увязочном
контуре совпадает со знаком невязки Δh
и показывает какие участки в кольце
перегружены расходами). При введении
поправки к расходу на участке следует
учитывать направление движения воды
на этом участке. Условно намечаем
стрелкой направление движения воды по
кольцу (обычно это направление совпадает
с направлением часовой стрелки). Если
выбранное направление совпадает с
направлением движения воды на отдельных
участках, то поправку Δq подставляем
со знаком “-“,
если не совпадает – то со знаком “+”
и наоборот
S1-2(q1-2 – Δq)2
+ S2-3(q2-3 – Δq)2 – S1-4(q1-4 – Δq)2
– S4-3(q4-3 – Δq)2 = 0(14.48)
xS1-2(q1-22 – 2q1-2Δq + Δq2) +
S2-3(q2-32 – 2q2-3Δq + Δq2) –
– S1-4(q1-42 –
2q1-4Δq + Δq2)
– S4-3(q4-32 – 2q1-2Δq + Δq2)
= 0(14.49)
Проведя перегруппировку
членов уравнения, получим
(S1-2q1-22 + S2-3q2-32 – S1-4q1-42
– S4-3q4-32) –
– 2Δq(S1-2q1-2
+ S2-3q2-3 + S1-4q1-4 + S4-3q4-3) +
+ Δq2(S1-2 + S2-3 -S4-3) = 0(14.50)
Первый член полученного
выражения – это невязка Δh.
Второй член можно
выразить в виде 2Δq∑Sq.
Третьим членом в этом
выражении можно пренебречь, так как
само значение Δq сравнительно мало и
умножается на разность почти равных
друг другу величин. Таким образом, имеем:
Δh – 2Δ∑Sq = 0.(14.51)
Отсюда получаем
формулу для определения величины
поправочного расхода в кольце:
Δq = Δh
Если невязка Δh
превышает допустимое значение Δhдоп,
то снова определяется поправочный
расход и повторяются все вычисления до
тех пор, пока не будет соблюдаться
условие
Δq ≤ Δqдоп
Допускается невязка
по внешнему контуру кольцевой сети в
пределах 1,0-1,5 м, в отдельных кольцах
многокольцевой сети 0,5 -1,0 м.
Определение знака
поправочного расхода на участкеЗнак
Δh и поправки Δq в кольце Знак Δq на участке
при движении воды в нем
по часовой стрелке
(+) против часовой стрелки (-)
Если сеть состоит из
двух колец, то порядок расчета следующий:
Ориентировочно
намечают точку схода потоков (т. 4);
Определяют потери
напора на каждом участке и величину Δh
для каждого
кольца (ΔqI, ΔqII), а затем
поправочные расходы (ΔqI, ΔqII);
Составляют уравнения
для каждого кольца:
S1-2(q1-2 – ΔqI)2
+ S2-5(q2-5 – ΔqII + ΔqII)2
– S5-6(q5-6 + ΔqI)2 – S1-6(q1-6 + ΔqI)2
= 0
В преобразованном
виде это уравнение имеет вид
∑(Sq)I · ΔqI
– S2-5q2-5ΔqII = ΔhI/2(14.54)
Аналогично для второго
кольца
∑(Sq)II · ΔqII – S2-5q2-5ΔqI =
ΔhII/2(14.55)
Если количество колец
больше 2, то уравнение (14.55) будет иметь
вид
Общая формула
поправочного расхода для любого кольца
имеет вид
Δqn = Δhn
Обычно расчеты методом
итерации ведутся в табличной форме.
Конструктивные и неконструктивные водопроводные сети.
Для
того чтобы водопроводные сети могли
успешно и бесперебойно выполнять свои
функции транспортирования и распределения
воды по территории снабжаемого объекта,
они должны иметь надлежащее конструктивное
оформление.
Подавляющее
большинство водопроводных линий
(водоводов и сетей) монтируется из труб,
т. е. элементов, изготовляемых заводским
способом. На месте строительства
производится лишь соединение труб и их
укладка.
Таким
образом, сооружение водопроводных сетей
может служить примером самого широкого
использования принципа сборности в
строительстве.
В
соответствии с условиями работы
водопроводных линий в процессе их
эксплуатации к ним предъявляются
следующие основные требования:
а) прочность, т. е.
хорошее сопротивление всем возможным
(за
данным) внутренним
и внешним нагрузкам;
в) гладкость
внутренней поверхности их стенок,
обеспечивающая
наименьшие потери
напора на трение при движении воды;
г) долговечность,
т. е. длительный срок службы, обусловливаемый
в основном хорошим
сопротивлением материала труб (или их
покрытий)
внешним и внутренним
агрессивным воздействиям среды
(транспортируемой воды, грунтов, грунтовых
вод и т. п.).
Кроме того, трубы,
как и все элементы сборного строительства,
должны обеспечивать возможность их
легкого, простого, быстрого и надежного
соединения (монтажа стыков) на строительной
площадке.
Наконец, водопроводные
линии, как и всякие инженерные сооружения,
должны удовлетворять требованиям
наибольшей экономичности.
Кольцевые и тупиковые водопроводные сети
Водопроводные сети, по которым вода из
водонапорной башни поступает к
потребителям, делят на разветвленные
(тупиковые) и кольцевые.
Кольцевая сеть позволяет осуществлять
водоснабжение всех потребителей в
случае аварии или ремонта отдельных
участков водопроводной сети. При этом,
конечно, потребности в воде будут
удовлетворяться не полностью, а ,
например, на несколько часов в сутки,
причем иногда обеспечиваются лишь
нижние этажи зданий и т.п., но все же
водоснабжение не буден отключено
полностью на все время ремонта, что
может произойти, если сеть тупиковая.
Строительными нормами
и правилами рекомендуется обеспечить
пьезометрический напор не менее 10 м при
одноэтажной застройке, добавляя 4 м на
каждый этаж.
Расчет разветвленного трубопровода.
Определить расход жидкости, протекающей
по разветвленному трубопроводу в пункты
1 и 2 (истечение в атмосферу). Напор в
резервуаре постоянен и известен. Длины
и диаметры отдельных участков трубопровода
известны. Кинематическая вязкость
жидкости и абсолютная эквивалентная
шероховатость известны. Местными
потерями напора и скоростным напором
пренебречь.
- Как правило задается не кинематическая
вязкость, а вид жидкости и рабочая
температура. Кинематическую вязкость
берут по таблицам в справочниках. - При истечении в атмосферу не потерь на
вход в бак, однако в точных расчетах
необходимо учитывать скоростной напор
выходящей из трубы жидкости. Если им
пренебречь и не учитывать местные
потери, то весь располагаемый напор
равен сумме потерь напора по длине в
общем трубопроводе и в разветвленной
части (в двух трубопроводах разветвления
напор одинаков, однако длины и/или
диаметры различны, а значит различны
средние скорости и расходы).
В разветвленном трубопроводе сохраняется
баланс расходов
Неизвестны два расхода, третий находится
по балансу. Потери в ветвях разветвляющейся
части одинаковы, т.е.
.
Потери в каждом трубопроводе рассчитываются
по формуле Дарси-Вейсбаха
Расход по участку
В первом приближении примем, что режим
движения жидкости в трубопроводе
турбулентный, квадратичная область
сопротивления (в дальнейшем это
утверждение будет уточнено). Коэффициент
Дарси для каждого диаметра может быть
определен по формуле Шифринсона
.
Потери в каждом участке трубопровода
могут найдены через его расходную
характеристику, при чем последняя не
берется из таблиц, а определяется
аналитически.
.
Здесь расходная характеристика
Получим шесть уравнений с шестью
неизвестными (расходы и потери напора
в участках)
Несложные алгебраические преобразования
приводят к следующим результатам:
Уточнение полученных результатов
производится в следующей последовательности.
Находят средние скорости во всех участках
трубопровода, числа Re. Определяют область
гидравлического сопротивления, в которой
работает каждый участок, и по соответствующим
эмпирическим формулам (Блазиуса,
Альтшуля, Шифринсона и др.) вычисляют
значение коэффициента Дарси. Уточняют
значения расходных характеристик
участков
и вновь вычисляют расходы по участкам.
Такой способ позволяет получить решение
с любой требуемой точностью.
Графоаналитический способ решения
задачи.
Задаются начальным приближением по
скорости. Пусть, например 2 м/с по участку
1.
Скорость по участку 2 определяют из
простой пропорции (равенство потерь по
длине при одинаковом коэффициенте
Дарси.
На каждом участке находим число Re,
определяем область сопротивления и по
соответствующей формуле находим
коэффициент Дарси. Вычисляем потери по
длине на каждом участке.
На одном графике строим расходные
характеристики участков 1 и 2. Эти участки
соединены параллельно, суммарная
характеристика строится путем суммирования
расходов при одинаковом напоре (кривая
1+2). На этом же графике строим характеристику
участка 0. Этот участок соединен с
участком 1+2 последовательно, суммарная
характеристика всего трубопровода
строится суммированием напоров при
одинаковом расходе (кривая
).
По заданному суммарному напору
.)
Точкеbсоответствует
напор на участках 1 и 2, точкеснапор на участке 0. Пересечение горизонтали
через точкуbс
характеристиками трубопроводов 1 и 2
определяет расходы в них. (Линииb-d-
Рассмотренный графоаналитический
способ расчета не дает точного решения,
однако позволяет разработать алгоритм
его нахождения с использованием средств
вычислительной техники.
1Напомним использованные сведения из
математики.
Постоянные
выносятся за знак интеграла. Интеграл
суммы (разности) есть сумма (разность)
интегралов.
Соседние файлы в папке Lektsii