Нр.б - расчетная
глубина воды в резервуаре напорной башни, ориентировочно принимается равной 5-6
м;
hH. ст
- потери напора на внутренних коммуникациях насосной станции, принимаются
предварительно равными 2-2,5 м;
hc - потери
напора в водоводах и водопроводной сети от насосной станции до водонапорной
башни.
Hб и hc определяются из расчета потерь
напора по длине 2-3 м водного столба на один погонный километр сети, т.е.
гидравлический уклон равен 0,002-0,003.
Потери
напора на участке водонапорная башня - диктующая точка определяется по формуле:
,м (2.3)
где i - гидравлический уклон;
lб - длина водоводов от диктующей точки
до башни, равная 975 м.
H6 =0,002 · 975 =1,95 м.
Потери
напора в водоводах и водопроводной сети от насосной станции до водонапорной
башни определяются по формуле:
,м (2.4)
где lС - длина контура НС-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-ВБ,
равная 2325 м. По (2.4) получим:
Hс = 0,002 • 2325 = 4,65 м.
Подставляя
полученные значения в формулу (2.2) находим расчетную высоту ствола
водонапорной башни до дна резервуара:
Hб =72,5-74,2 + 34 + 1,95 = 34,25 м.
Далее находим потребный напор насосов:
Hн = 74,2 - 65,8 + 34,25 + 5 + 2 + 4,65
= 54,3 м.
По [3]
подбираем три насоса марки К100-65-250/2 с производительностью Q=100 м3/час и напором Н=80
м.
2.2
Определение регулирующей емкости бака водонапорной башни
2.2.1
Определение табличным методом
Определение
регулирующей емкости бака водонапорной башни производится табличным методом.
При определении регулирующей емкости назначается час суток после длительного и
большого расхода из бака (21-22), считая, что к этому часу бак опорожняется, и
за следующий час в графу 25 таблицы 1.2 ставим 0. Затем суммируем или вычитаем
приток поступающей воды в бак за каждый час. Наибольшее число 25 графы является
регулирующей емкость бака, т.е. 321,64 м3.
Наибольшее
значение графы 23 соответствует максимальному транзиту, т.е. 72,22 м3,
и приходится на 0-1 час.
2.2.2
Определение по аналитической формуле
В
соответствии с п.9.2 [1] регулирующий объем воды в баке определяется по
формуле:
,м3
где Qсут.max - расход воды в сутки максимального
водопотребления, м3/сут;
kH -
отношение максимальной часовой подачи в сеть водопровода с регулирующей
емкостью к среднему часовому расходу в сутки максимального водопотребления,
(2.6)
(2.7)
По
(2.6),(2.7) получим:
kq -
коэффициент часовой неравномерности отбора воды из регулирующей емкости,
определяемый как отношение максимального часового отбора к среднему часовому
расходу в сутки максимального водопотребления,
Коэффициент
kчравен:
Подставляя
полученные значения в формулу (2.5) находим регулирующий объем воды в баке:
2.3
Определение полной емкости бака водонапорной башни
Суммарная
емкость бака водонапорной башни определяется:
Wр.б=Wp+Wпож ,м3, (2.9)
где Wp - регулирующая емкость башни
(определенная табличным методом), м3;
Wпож- запас воды на тушение одного
внутреннего и одного наружного пожара в течение 10 минут, м3 ,
(2.10)
где qпож - расход воды на тушение одного
внутреннего и одного наружного пожара, л/с.
По
формуле (2.10) получим:
Далее
находим суммарную емкость бака:
Wр.б =321,64+12 = 333,64 м3.
Суммарная
емкость бака водонапорной башни должна находиться в пределах 2-6% от суточного
расхода.
Полученная
емкость бака составляет,
что меньше 6%.
По
суммарной емкости подбираем типовую башню емкостью 350 м3.
3.
Гидравлический расчет сети
Цель
гидравлического расчета водопроводной сети заключается в нахождении
экономически наивыгоднейших диаметров магистральных трубопроводов всех участков
сети и сопротивлений в них, достаточных для пропуска необходимого количества
воды ко всем потребителям с требуемым напором и необходимой степенью
надежности, а также в определении минимальных потерь напора на участках сети,
которые нужны для установления высотного положения регулирующей емкости и
требуемого напора насосов второго подъема, и минимальной стоимости
водопроводной сети.
3.1
Определение путевых и узловых расходов
После
трассировки магистральную водопроводную сеть разбивают на расчетные участки.
Начало и конец участка нумеруют (номера узлов), узлы намечают также в точках
подключения водоводов от насосной станции, от водонапорной башни, в местах
отбора воды крупными потребителями и в местах устройства пересечений и
ответвлений магистральных линий. Условно принимается, что отбор воды происходит
только из гидравлического узла. Отбор воды в течение суток изменяется в
значительных пределах, фактическую картину которого установить очень трудно. На
практике принимают условную схему водоотбора, которая предполагает равномерную
отдачу воды магистральной водопроводной сетью.
3.1.1
Путевые расходы
По табл.
1 максимальный общегородской расход приходится на час суток с!2 до 13 и
составляет 320,2 м3/ч или 88,94 л/с.
Этот
расход определяется следующим образом: равномерно распределенный хозяйственно-
питьевой
расход 229,72м3 1ч или 63,81
л/с
расход в
больнице 1,1 м3/ч 0,3
л/с
расход
воды на механическую поливку 23,3 м3/ч 6,47 л/с
расход
на промпредприятии 66,08 м3/ч 18,36
л/с
Итого: 320,2
м3/ч 88,94 л/с
Подача
воды в сеть:
насосная
станция подает 280,11 м3/ч 77,81
л/с
водонапорная
башня подает 40,09 м3/ч 11,13 л/с
Итого: 320,72
м3/ч 88,94 л/с
Находим
длину каждого участка сети по генплану, причем длина участка, у которого
кварталы города расположены по одну сторону, принимается равной половине длины
этого участка. Длины водоводов переходов над реками не учитываются.
Путевой
расход определяется по формуле:
(3.1)
где qуд - удельный расход на 1 км сети, л/с;
1 - длина
участка, км,
(3.2)
где - сумма путевых расходов, л/с;
- сумма длин всех участков
водопроводной сети, км. По (3.2) находим:
л/с на 1 км
Таблица
3.1- Путевые расходы по участкам сети
№ участков
Длина участка, км
Удельный расход на 1
км, л/с
Путевой расход, л/с
1-2
0,13
22,17
2,88
2-3
0,1
22,17
2,22
3-4
0,14/2=0,07
22,17
1,55
4-5
0,05
22,17
1,11
5-6
0,14
22,17
3,1
6-7
0,22
22,17
4,88
7-8
041
22,17
9,09
8-9
0,22/2=0,11
22,17
2,44
9-10
0,3
22,17
6,65
10-11
0,14
22,17
3,1
11-5
0,11
22,17
2,44
11-12
0,3
22,17
6,65
12-13
0,26/2=0,13
22,17
2,88
13-1
0,3
22,17
6,65
14-15
0,18/2=0,09
22,17
2,0
15-16
0,2
22,17
4,43
16-17
0,26/2=0,13
22,17
2,88
17-18
0,2
22,17
4,43
18-14
0,08/2=0,04
22,17
0,9
3,17
70,28
3.1.2
Узловые расходы
Кроме
вычисленного узлового расхода, полный отбор воды в узле включает в себя и
сосредоточенный расход воды крупными потребителями: промышленными
предприятиями, больницами и т.п.
В сумме
все узловые расходы, т.е. равномерно распределенные расходы составляют 70,28
л/с,. К этим расходам добавляем сосредоточенные расходы. К узловому расходу 13
добавляем расход больницы:
q13 =4,77 + 0,31 = 5,08 л/с.
К
узловому расходу 18 добавляем расход промпредприятия:
q18 =2,66 + 18,36 = 21,02 л/с.
3.2
Расчет сети на случай максимального хозяйственно-питьевого водопотребления плюс
пожар
В
соответствии с п. 2. 13 [1] приняты два пожара: один - в городе (расход воды на
тушение 20 л/с); второй - на промпредприятии (40 л/с).
В городе
за точку пожара принимаем точку 9, т.к. она является наиболее
высокорасположенной. К этой точке к узловому расходу прибавляем 20 л/с, т.е.
4,55+20=24,55 л/с.
В точке
18, где находится промпредприятие, прибавляем 40 л/с, т.е. 21,02+40,0=61,02
л/с.
Поскольку
во время пожара емкость водонапорной башни может быть быстро использована,
расход целиком будет подаваться от насосной станции.
Расход,
подаваемый насосной станцией II
подъема при пожаре, равен:
(3.3)
где QHC - подача насосной станции, л/с, равная 77,81 л/с;
Qпож -расход воды на тушение пожаров,
л/с, равный бОл/с;
QВБ - подача воды от водонапорной башни, л/с, равная 11,13
л/с. Тогда по формуле (3.3) получим:
При
заданных диаметрах труб предварительно намечаем распределение потоков воды по
отдельным участкам сети. Распределение потоков должно соответствовать принципу
подачи воды по наикратчайшему пути транзитных расходов для питания удаленных
районов, а также взаимозаменяемости отдельных участков при аварии.
Далее
определяем потери напора на участках колец по следующей формуле.
h = S·q2 ,м (3.4)
где q - расход на участке, л/с;
S - сопротивление
линии,
S=S0·l, (3.5)
где sq- удельное сопротивление, принимаемое
по [4]; 1 - длина участка, м.
Величина
S считается для каждого участка один
раз и при дальнейших расчетах считается постоянной, проверяется при достижении
Л h допустимой величины.
После
определения потерь напора, по данным предварительного распределения, вычисляют
величину невязки одновременно во всех кольцах; если их величины больше
допустимых, вычисляют поправочный расход для каждого кольца по формуле:
(3.6)
Поправочный
расход получает знак, который имела невязка в этом кольце. Так как направление
поправочного расхода всегда противоположно по направлению невязки, то следует
соблюдать правила:
1. при
положительном знаке у поправочного расхода он прибавляется к расходам участков,
имеющих направление движения воды против часовой стрелки и наоборот;
2. При отрицательном знаке у
поправочного расхода последний увеличивает расчетные расходы участков с движением
воды по часовой стрелке и наоборот;
3. на участках, смежных для отдельных
колец, поправочные расходы складываются с учетом их знаков и направлений
4. График
пьезометрических линий
На
основании расчета работы сети на случай максимального хозяйственно-питьевого
расхода плюс пожар строится график пьезометрических линий. Построение
осуществляется от точки пожара, которая для обеспечения в ней необходимого
напора (10 м, п.2.30 [I])
потребует наиболее полного напора насосов П подъема.
Точкой
пожара назначается точка 9, как наиболее высоко расположенная и удаленная от
водонапорной башни.
Для
построения графика пьезометрических линий выбираем контур сети по направлению
НС-ДТ таким образом, чтобы в этот контур вошла точка пожара
(НС-1-2-3-4-5-11-10-9-8). Промпредприятие в нашем случае не может войти в этот
контур.
По
принятому контуру сети на графике строим контур земли в масштабах:
вертикальный-1:10000; горизонтальный- 1:500.
Для построения
пьезометрических линий необходимо найти потери напора на участках НС-1 и 6-14.
4.1
Расчет водоводов
Расчет
водоводов сводится к определению потерь напора в них. Потери напора
определяются по формуле:
h=i·l, м, (4.1)
где i - гидравлический уклон, принимаемый
по [4];
1 -
длина водовода.
На
участке НС-1 наибольший расход, равный 148,94 л/с, имеет место при подаче
максимального хозяйственно-питьевого расхода плюс пожар. На этом участке
намечаются к прокладке два водовода и ведется расчет на пропуск одним водоводом
50 %полного расхода, т.е. 74,47 л/с.
Длина
водовода 175 м. Диаметр принимаем равный 300 мм. По табл.1У [4] определяем
уклон водовода, i =0,005, тогда
потери напора составят:
h = 0,005 · 175 = 0,87 м.
При
переходе через реку, на участке 6-14, принимаем к работе два водовода с
расходом по каждому при хозяйственно-питьевом расходе плюс пожар 36,49 л/с. В
этом случае длина участка равна 185 м, диаметр равен 250 мм, i =0,003.
Потери
напора на этом участке равны:
h = 0,003 -185 = 0,56 м.
4.2 Построение
пьезометрических линий
Для
случая максимального хозяйственно-питьевого расхода плюс пожар построение
начинаем с точки пожара (точка 9). В соответствии с п. 2.30 [1] свободный напор
при тушении пожара должен быть не менее 10м.
Пьезометрическая
отметка точки 9 складывается из отметки поверхности земли и свободного напора.
Пьезометрическая отметка следующей точки определяются как сумма или разность (в
зависимости от направления потока) известной пьезометрической отметки
предыдущей точки (обе точки должны находиться на одном участке) и потерь напора
на участке и т.д.
Пьезометрическая
отметка точки 9 равна 73,5+10=83,5м;
отметка
точки 8: 83,5-0,01=83,49 м;
отметка
точки 10: 83,5+1,39=84,89 м;
отметка
точки 11: 84,89+0,92=85,81 м;
отметка
точки 5: 85,81-0,15=85,63 м;
отметка
точки 4: 85,63+0,33=85,96 м;
отметка
точки 3: 85,96+0,48=86,44 м;
отметка
точки 2: 86,44+0,71=87,15 м;
отметка
точки 1: 87,15+0,98=88,13 м;
отметка
НС: 88,13+0,87=89 м.
По
полученным отметкам строим график пьезометрических линий (рис. 4.1).
5. Линии
равных свободных напоров
Построение
линий равных свободных напоров позволяет определить условия работы сети на всех
участках.
Таблица
5.1- Свободные напоры
N узлов
Отметки поверхности
земли, м
Максимальный
хозяйственно-питьевой расход плюс пожар
пьезометрическая
отметка, м
свободный напор, м
НС
68,4
89
20,6
1
69,5
88,13
18,63
2
70,2
87,15
16,95
3
69,0
86,44
17,44
4
68,0
85,96
17,96
5
69,3
85,63
16,33
6
69,3
84,63
15,33
14
67,0
84,07
17,07
15
66,6
83,75
17,15
16
72,0
83,4
11,4 .
17
72,3
83,05
10,75
18
67,2
83,05
15,85
14
67,0
84,07
17,07
6
69,3
84,63
15,33
7
68,0
83,74
15,74
8
72,5
83,49
10,99
9
73,5
83,5
10,0
10
70,4
84,89
14,49
11
70,5
85,81
15,31
12
73,8
87,07
13,27
ВБ
74,2
0
0
12
73,8
87,07
13,27
13
72,8
87,35
14,55
1
69,5
88,13
18,63
НС
68,4
89,0
20,3
Построение
линий равных свободных напоров аналогично построению горизонталей на плане
местности.
6.
Деталировка сети
На
контур кольца условными обозначениями наносятся арматура и фасонные чести из
его узлов.
При
конструировании узлов сети следует стремиться к их удешевлению и уменьшению
размеров колодцев посредством рационального выбора фасонных частей и арматуры.
Выбор
типа задвижек и определение их размеров следует производить в соответствии с
данными главы 10 [5] и главы III
раздела 6 [6].
Расстояние
между пожарными гидрантами не должно превышать 150 м (п. 8.16 [1]).
Колодцы
для размещения арматуры следует предусматривать сборными из типовых
железобетонных элементов. Размеры камер и колодцев приведены в главе 54 раздела
VII [5].
Минимальные
расстояния от элементов оборудования до внутренней поверхности колодца по табл.
54.3 [5] и п. 8.63 [1] .
При
определении размеров колодца следует учитывать.
1. глубина заложения труб, считая до
низа, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта (п. 8.42
[1]), для Ульяновской области глубина заложения приблизительно 2,1 м по [1, 7];
2. высота рабочей части колодца должна
быть не менее 1,5 м;
3. высоту засыпки от верха покрытия
колодца до поверхности земли следует определять с учетом вертикальной
планировки и принимать не менее 0,5 м.
Для размещения
пожарных гидрантов могут быть применены круглые колодцы диаметром 1000 мм из
сборных железобетонных элементов.
Список
литературы
1. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение.
Наружные сети сооружения. М., Стройиздат.
2. СНиП П-30-76. Часть П. Нормы
проектирования. Глава 30. Внутренний водопровод и канализация зданий. М.,
Стройиздат, 1977.