Характеристика производительности хозяйственно-противопожарного водопровода населенных пунктов. Схема водоснабжения станции и расчет водопотребления. Подготовка магистральной водопроводной сети к гидравлическому расчету, определение напора насосов.
На самую высокую точку предусмотрена водонапорная башня, воду в сеть подают насосы. Производительность хозяйственно-противопожарного водопровода населенных пунктов должна обеспечивать: хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях (банях, прачечных, больницах, столовых, гостиницах и т.п.); поливку и мойку территорий населенных пунктов (улиц, площадей, зеленых насаждений), работу фонтанов и т. п.; хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях; производственные нужды тех предприятий, для которых экономически нецелесообразно сооружение отдельного водопровода; тушение пожаров; собственные нужды очистных водопроводных станций; прочие нужды. Условно принимаем, что 90% максимального водопотребления удовлетворяется за счет подачи воды с насосной станций II подъема, а 10% - за счет подачи воды из водонапорной башни. Пользуясь расчетными расходами и выбранными диаметрами труб, производим расчет потерь напора на преодоление трения в трубах по формуле: h = S0 ? ? ? K ? Q2pac? 10-6, где S0-расчетное удельное сопротивление трубы (принимается по справочным таблицам в зависимости от материала и диаметра трубы); K - поправочный коэффициент к расчетным значениям S0 (принимается по справочным таблицам в зависимости от материала трубы и скорости движения воды); ? - длина трубы, м; Qpac - расчетный расход по участку, куб.м/с. Расчет ведется по формулам: Нн = (Об-Он) hн-б hпк hб, hб = Нсв.д (Об-ОД) hб-д, где Нн - напор насосов; Об - отметка поверхности земли в месте расположения водонапорной башни; Он - отметка резервуара чистой воды; hн-б - потери напора в насосе, в водопроводе и в сети при движении воды от насосной станции до водонапорной башни; hпк - высота поддерживающей конструкции водонапорной башни; hб - высота бака водонапорной башни от поверхности земли; Нсв.д - свободный напор в диктующей точке; ОД - отметка поверхности земли в диктующей точке; hб.д-потери напора в водонапорной башне, в водоводах и сети при движении воды от водонапорной башни к диктующей точке.Назначение воды Норма водопотребления, л/сут Количество единиц Коэффициент неравномерности Расход максимального водопотребления, сут. час. общ. л/сут. л/час. л/с 1) сосредоточенный расход: 2977253,69 124052,2 34,5 в бане 180 8036 чел. 1,15 1,33 1,53 2212312,5 92179,69 25,6 в прачечной 75 5625 кг 1,15 1,33 1,53 645257,813 26885,74 7,5 в больнице 250 313 чел. хоз-питьевое потребление 45 7500 чел. хоз-питьевое потребление 25 30000 чел.
Введение
Система водоснабжения - это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки и подачи потребителям. В зависимости от вида обслуживаемого объекта системы водоснабжения подразделяются на городские, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные т.д. Система водоснабжения принятая нами объединенная (единая) - это водопровод, выполняющий одновременно хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные функции.
Производительность хозяйственно-противопожарного водопровода населенных пунктов должна обеспечивать: хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях (банях, прачечных, больницах, столовых, гостиницах и т.п.); поливку и мойку территорий населенных пунктов (улиц, площадей, зеленых насаждений), работу фонтанов и т. п.; хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях; производственные нужды тех предприятий, для которых экономически нецелесообразно сооружение отдельного водопровода; тушение пожаров; собственные нужды очистных водопроводных станций; прочие нужды.
Определение производительности водопровода производится на основании величин, установленных строительными нормами и правилами. Основным расчетным расходом является максимальный секундный расход, на который надо рассчитать проектируемый водопровод.
Потребителей воды условно разделим на следующие группы: 1. на хозяйственно-питьевые нужды в жилом секторе;
2. на нужды промышленных предприятий;
3. на нужды пожаротушения;
4. на прочие неучтенные нужды.
Для удобства использования полученных результатов в последующих расчетах суммарный расход воды по городу целесообразно разбить на две части: 1) сосредоточенный расход;
2) равномерно распределенный или путевой расход.
Максимальный суточный хозяйственно-питьевой расход воды, л/сутки: Qcyt = qcp·N· ?сут, где qcp -средняя норма расхода воды на одну единицу в сутки; N- расчетное число единиц; ?сут.- коэффициент суточной неравномерности водопотребления.
Максимальный часовой расход воды, л/час: Qчас = Qcyt · ?час / 24, где ?час. - коэффициент часовой неравномерности водопотребления.
Максимальный секундный расход воды, л/с: Qxп = qcp·N·?oбщ.макс/(24·3600), где ?общ. - коэффициент неравномерности водопотребления. ?общ. = ?сут. · ?час..
Расчет выполняем в таблице 5 приложения.
Рассчитаем максимальные секундные расходы воды для потребителей.
1. в жилом секторе: 1) сосредоточенный расход: · в бане: Будем считать, что количество посетителей бани составляют 75 % от числа жителей, тогда, с учетом, что каждый посетитель бывает в бане один раз в неделю: NБ = N · 0,75 / 7 = 75000 · 0,75 / 7 = 8035,71 человек. qcp = 180 л/сут; ?сут = 1,15; ?час = 1,33;
· в прачечной: Пусть, доля пользователей прачечной условно составляют 25 % от числа жителей и каждый пользователь в сутки стирает 0,3 кг белья: NП = N · 0,25 · 0,3 = 75000 · 0,25 · 0,3 = 5625 кг белья. qcp = 75 л/сут; ?сут = 1,15; ?час = 1,33;
?общ = 1,15 ? 1,33 = 1,53
QП = 75 · 5625 · 1,53 / (24 · 3600) = 7,5 л/с
· в больнице: Для расчета суточной потребности, предположим, что 15% населения стационарно лечатся раз в году и проводят там в среднем по 10 дней: NM = N · 0,15 · 10 / 365 = 75000 · 0,15 · 10 / 360 = 313 коек. qcp = 250 л/сут; ?сут = 1,15; ?час = 1,33;
1. на нужды пожаротушения: Для жилого массива, с учетом наличия магазинов, школ, детсадов, клубов и др. общественных зданий, количества одновременных пожаров - 2; расход воды на 1 пожар qcp= 35 л/с
Qпж = 2 ? 35 = 70 л/с
Расход воды на пожаротушение на производственных предприятиях предполагая два одновременных пожара при расходе на один пожар 30 л/с
Qпп = 2 ? 30 = 60 л/с
Подготовка магистральной водопроводной сети к гидравлическому расчету
1. Определяем подачу воды в сеть из водонапорной башни и насосной станции II подъема в период максимального водопотребления. Условно принимаем, что 90% максимального водопотребления удовлетворяется за счет подачи воды с насосной станций II подъема, а 10% - за счет подачи воды из водонапорной башни.
2. Составляем схему сети с предварительным распределением расходов воды по участкам рис.2.
В связи с неравномерностью водопотребления и подачи воды в водонапорную сеть гидравлические условия ее работы все время меняются. Наиболее напряженной будет работа сети в период максимального водопотребления. На этот режим работы и сделан расчет сети. При этом располагаем, что крупным потребителям (промышленному предприятию, прачечной, бане, больнице) вода подается в виде сосредоточенных расходов, а остальным потребителям - равномерно по длине магистральных линий. Для упрощения расчетов путевые расходы заменяются сосредоточенными расходами в узлах. Эти расходы определяются как полусумма путевых расходов. Итоговые сосредоточенные расходы воды относят к узлам присоединения к сети соответствующих потребителей.
При расчете путевых расходов длина трубопровода, проходящего по границам застройки или по проездам с односторонней застройке, учитывается в половинном размере. В нашем случае это участки AD, CD и часть участка BC.
Удельный путевой расход, л/(с?м):
q = Q / L, где Q - общий равномерно распределенный расход, Q = QN = 285,5 л/с; L - эквивалентная длина сети, L = AB (BC) CD/2 AD/2 = 2646 (3689 2037/2 700/2) 5705/2 2037/2 = 11574,5 м. q = 285,5/11574,5 = 0,02466 л/(с?м).
Путевой расход i-го участка, л/с: Qпi = q ? Li, где Li - эквивалентная длина i-го участка, м.
Расчеты путевых и сосредоточенных расходов по участкам приведены в таблице 1.
На схеме полученные сосредоточенные расходы воды показываем на сносках от узлов. Оформленная таким образом схема представляет собой схему водозабора в сети.
Пользуясь полученной схемой водозабора, намечаем вероятное распределение потоков по всем линиям сети с учетом подачи воды потребителям кратчайшим путем, более или менее равномерной загрузки параллельных магистралей.
Таблица 1
Путевые и сосредоточенные расходы
Рисунок 2. Схема предварительного распределения расходов по участкам сети в период максимального водопотребления.
Правильность намеченного распределения потоков воды контролируется для каждого узла условием: ?Q = ?q, где ?Q - сумма расходов воды, притекающих к узлу; ?q-сумма расходов воды, вытекающих из узла.
Гидравлический расчет водопроводной сети
Гидравлический расчет водопроводной сети заключается в определении диаметров труб и потерь напора. Основой для выбора диаметров труб служат найденные при подготовке сети к расчету расчетные расходы воды по участкам сети. Выбор диаметров магистралей производим ориентировочно по таблицам предельных экономических расходов (см. табл.7 приложения). Учитывая, что с течением времени эксплуатации диаметры труб вследствие зарастания отложениями уменьшается, не рекомендуется применять для магистральных трубопроводов внешних водопроводных сетей трубы диаметром менее 100 мм. Для ответвлений от магистральных трубопроводов можно использовать трубы меньшего диаметра.
Пользуясь расчетными расходами и выбранными диаметрами труб, производим расчет потерь напора на преодоление трения в трубах по формуле: h = S0 ? ? ? K ? Q2pac? 10-6, где S0- расчетное удельное сопротивление трубы (принимается по справочным таблицам в зависимости от материала и диаметра трубы); K - поправочный коэффициент к расчетным значениям S0 (принимается по справочным таблицам в зависимости от материала трубы и скорости движения воды); ? - длина трубы, м; Qpac - расчетный расход по участку, куб.м/с.
В кольцевых сетях распределение потоков по участкам должно отвечать условиям: dh = 0.
где dh - алгебраическая сумма потерь напора в замкнутом контуре сети.
Обычно намеченное предварительное распределение расходов по кольцевой сети не удовлетворяет условию, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольцах не равна нулю, а составляет некоторую величину, называемую невязкой. В нашем случае максимальная невязка составляет более 14 метров (см. табл.2).
Процесс уменьшения невязок до практически приемлемых величин называется увязкой сети. Она заключается в корректировке предварительно намеченных расходов воды по участкам сети. Корректировка производится путем переброски части расхода с одного направления на участки с противоположенным направлением движения воды. В процессе увязки расходы воды всех перегруженных участков должны быть уменьшены на величину увязочного расхода (DQ) при одновременном увеличении на ту же величину расходов по всем недогруженным участкам. Для определения увязочного расхода может быть использована формула профессора В.Г. Лобачева: DQ = - 0.5·dh / ?(S·Qpac), где S= S0·K·? - сопротивление участка сети.
Для смежных участков трубопровода, которые используются в расчетах потерь напора в двух и более колец, необходимо учитывать все увязочные расходы этих колец, причем, если во втором кольце расход имеет противоположный знак по сравнению со знаком расхода в первом кольце, то увязочные расходы соседних колец берутся с противоположным знаком.
Проверяем соответствие диаметров участков трубопроводов уточненным значениям расходов, при необходимости назначаем новые значения диаметров.
Гидравлический расчет увязки водопроводной сети ведем в табл. 6 приложения.
Расчеты показали, что сеть стала увязанной на 5 приближении, когда невязка по давлению, составила менее 0.5 м.
Рассчитаем потери на водоводе от насосной станции до кольцевой сети. Водовод состоит из двух параллельных труборпроводов, расчетный расход в одной нитке уменьшаем в два раза. Расчет представлен в таблице 3.
Таблица 3
Гидравлический расчет водовода уч-к ?, м Q, л/с d, мм v, м/с S0 K S S•Q h, м
Расчет напора насосов станции II подъема и высоты водонапорной башни
Расчет ведется по формулам: Нн = (Об-Он) hн-б hпк hб, hб = Нсв.д (Об-ОД) hб-д, где Нн - напор насосов; Об - отметка поверхности земли в месте расположения водонапорной башни; Он - отметка резервуара чистой воды; hн-б - потери напора в насосе, в водопроводе и в сети при движении воды от насосной станции до водонапорной башни; hпк - высота поддерживающей конструкции водонапорной башни; hб - высота бака водонапорной башни от поверхности земли; Нсв.д - свободный напор в диктующей точке; ОД - отметка поверхности земли в диктующей точке; hб.д -потери напора в водонапорной башне, в водоводах и сети при движении воды от водонапорной башни к диктующей точке.
В данной работе выбор диктующей точки производим из числа точек, в которых водонапорная башня в период максимального водопотребления поддерживает требуемый напор. Критерием выбора служит величина свободного напора. В диктующей точке она минимальная. При этом необходимо учитывать следующие зависимости: П = Нсв О, П1 - П2 = h1-2, где П - пьезометрический напор в какой либо точке; Нсв, О - свободный напор и отметка земли в той же точке; П1, П2 - пьезометрические напоры в предыдущей и последующей точках; h1-2 - потери напора в водопроводной сети при движении воды между этими точками.
Свободный напор в диктующей точке: Нсв = 10 4?(z - 1) = 10 4?( - 1) = 14,000 м.
Начнем от узла С. ПС = НСВС ОС = 14,000 0,3 = 14,333 м.
ПD = ПС HDC = 14,333 31,035 = 45,368 м.
HСВD = ПD - OD = 45,368 - 20 = 25,368 м.
Аналогично рассчитаем свободные напоры в остальных узлах. Результаты сведем в таблицу 4.
Таблица 4
Так как свободный напор в узле C оказался ниже, чем в остальных, следовательно, диктующей точкой будет узел C.
Высота водонапорной башни ВБ: НВБ = Нсв 3 = 14 3 = 17,0 м.
Выбор насосной станции
Насос выбираем из рис.4 по напору и подаче
Ннс =60,854 м, Qнс = 602,29 л/с.
Рисунок 3. Схема окончательного распределения расхода по участкам сети
