Расчет разводящей сети на пропуск секундного максимального расхода воды

Предполагается, что q_{с.пут.сети} разбирается равномерно по всей длине. Общая длина сети Σl из которой вода разбирается равномерно по всей длине будет (см. рис. 2.1):

Σl = l_1-2+l_2-3+l_2-6+l_3-4+l_6-4+ l_7-6+l_{7-1, м (2.1)}

Удельный расход q_уд в л/с на один погонный метр сети определяется по формуле:

q_{уд =} , л/с на п/м (2.2)

Путевые расходы для каждого участка q_пут.уч в л/с определяются по формуле:

q_пут.уч= q_уд· l_{уч .} (2.3)

где l_уч - длина участка сети в м.

Узловой расход воды в любом узле сети q_уз в л/с определяется по формуле:

q_уз (2.4)

где Σq_пут.уч - сумма путевых расходов участков сети, примыкающих к данному узлу в л/с.

Номера узлов, из которых отбираются сосредоточенные расходы (баня, больница, прачечная, животноводческий комплекс или промышленное предприятие) определятся местом их расположения на генплане населенного пункта.

Определение путевых расходов участков сети и узловых расходов удобно свести в таблицу 2.1.

Полученные в таблице 2.1 путевые и узловые расходы наносятся на рисунке 3.

После определения узловых расходов задаются точкой схода потоков и на схеме сети намечают стрелками направление движения воды по всем участкам (рис.4).

Ориентировочной распределение расчетных расходов воды по участкам сети поясним на примере.

К расчету сети на пропуск максимального - хозяйственного расхода.

Распределение расходов можно начинать от 1 узла и идти далее по направлению движения воды к узлу 7, а можно начать с самого удаленного от башни узла сети (узел 7) и идти по участкам сети башне против движения воды.

Для примера покажем, как производится распределение первых прикидочных расходов, по участкам сети начиная от башни.

Из башни вытекает q_{с.макс .} В узле 1 отбирается узловой расход q_уз¹ (см.рис.4) и следовательно, суммарный расчетный расход на последующих участках за узлом 1 будет: q_{с.макс .}- q_уз¹

Рис. 4. Распределение расходов по сети с последующей увязкой: в 7 узле сосредоточен животноводческий сектор, в узле 2 – промышленный сектор.

Поэтому эти расходы намечают ориентировочно, но и не произвольно, а с учетом вычисленных узловых расходов и принятого направления потоков по участкам сети. Определение ориентировочных (первых прикидочных расчетных расходов) начнем с участков 1-2, 1-6, 2-3, 2-5, 3-4 и 5-6.

Из узла 1 к узлу 2 (участок 1-2) надо направить такое количество воды, чтобы его хватило полностью на питание узлов 2 и 3 (см.рис.4), и на питание, половины (ориентировочно) расхода в узле 4 и половины расхода, оттекающего из узла 4 в узел 7 по линии 4-5.

Таким образом, по участку 1-2 к узлу 2 надо направить расход для питания узлов 2 и 3 половины расхода в узле 4 и расход по линии 4-5. Однако, учитывая, что из узла 2 к узлу 5, по линии 2-5, тоже вытекает количество воды, направим ориентировочно по участку 1-2 в узел 2 расход q^тр_1-2 (равный 62% от исходного).

Из количества воды q^тр_1-2, притекающего в узел 2, в самом узле 2 отбирается q^уз₂

Отток воды из узла 2 к узлу 5 по участку 2-5 ориентировочно принимаем равным 5,6 %, тогда отток воды из узла 2 к узлу 3 по участку 2-3 будет равен q^тр_1-2- q^тр_2-5- q^уз₂= q^тр_2-3.

Расход, на участке 3-4 равен притоку воды к узлу 3 минус узловой расход в узле 3, т.е. q^тр_2-3 – q^уз_3.

Теперь рассмотрим участки 1-6, 5-6 и 5-4. К узлу 1 по участкуБ-1 притекает q^тр_ВБ-1 отбор в узле 1 составляет q^уз₆ и оттекает из узла 1 к узлу 2 по участку 1-2 расход - q^тр_1-2. Таким образом, из узла 1 оттекает к узлу 6 по участку 1-6 расход равный q^тр_ВБ-1- q^уз₁- q^тр_2-5.

В узле 6 отбирается узловой расход q^уз₆, тогда отток из узла 6 в узел 5 по участку 5-6 будет q^тр_1-6- q^уз₆

К узлу 5 притекает вода из узлов 6 и 2 в количестве q^тр_5-6+q^тр_2-5 Отбирается в узле 5 расход q^уз₅ следовательно, из узла 5 к узлу 4 по участку 5-4 будет идти расход равный q^тр_5-4 –q^уз_5.

К узлу 4 притекают расходы с участка 3-4 и участка 5-4. Таким образом, общий приток к узлу 4 будет q^тр_3-4 + q^тр_5-4

Отбор в узле 4 равен q^уз_4, следовательно, из узла 4 в узел 7 оттекает расход за минусом q^уз_4, что равно узловому расходу в узле 4. Это подтверждает то, что ориентировочное распределение расходов воды по участкам сети сделано правильно.

Учитывая, что водоводы от башни к узлу 1 и от узла 4 к узлу 7 прокладываются каждый в две нитки, расчетные расходы каждой нити будут:

-на участке Б-1 равен q^тр_ВБ-1/2

- на участке 4-7 равен q^тр_4-7/2

После определения первых прикидочных расчетных расходов по участкам сети задаются материалом труб, руководствуясь рекомендациями [1,2,4,8,9], п.8.20. Принимаем трубы различных классов материала: сталь, чугун, пластик и т.д.

По ориентировочно намеченным расходам каждого участка сети необходимо подобрать диаметры труб.

Диаметры труб следует принимать с учетом экономического фактора по таблицам Шевелева [6], либо по номограмме проф. В.Г. Лобачева (рис.5).

В этих таблицах при заданных расходах область экономически выгодных скоростей и диаметров труб выделены жирной линией.

При увязке сети по методу инж. М.М. Андрияшева потери напора по участкам сети h (м) определяют по формуле

h = 1000 i · l; (2.5)

где l - длина участка сети в км.; 1000 i -потери напора в метрах на длине 1000м принимаем по таблице Ф.А.Шевелева.

Рис 5. Номограмма определения экономических наивыгоднейших диаметров труб.

Потери напора на смежном участке 2-5 подсчитаны в первом кольце. Подсчитанные потери напора на участках сети нанести на схему сети.

Потери напора условно принимают со знаком плюс на тех участках сети, на которых направление потока совпадает с направлением движения часовой стрелки, и со знаком минус на тех участках, на которых движение потока направлено против часовой стрелки.

После первого тура подсчетов потерь напора определяют невязку в каждом кольце Δh_I, Δh_II

В каждом кольце расчетной схемы сети указывается стрелками (сплошная линия) наиболее нагрузочные участки сети. Наиболее нагрузочными участками считаются участки сумма потерь напора, на которых по абсолютному значению больше.

В начале каждой стрелки проставляются цифра, указывающая номер тура увязки, в конце стрелки - абсолютное значение невязки в кольце в м.

Так как невязка в обоих кольцах больше допустимой ±(0,2-0,4 м.), необходимо определить для каждого кольца поправочный (увязочный) расход Δq

Величину поправочного расхода Δq в л/с для каждого кольца, имеющего невязку ±Δh в м, М.М. Андрияшев рекомендует определять по приближенной формуле /4/:

(2.6)

где ±Δ h -невязка потерь напоров в кольце (берется со знаком) в м; Σh - сумма абсолютных величин потерь напора по кольцу в м.

Средний расход всех входящих в кольцо участков в л/с определяется по формуле:

(2.7)

Σ q_i -арифметическая сумма расходов всех участков кольца в л/с; n-число участков в кольце.

Вычисленные увязочные расходы указываются на расчетной схеме сети (рис. 2.2) пунктирными стрелками, направленными в противоположное направление стрелок Δh. В начале каждой стрелки проставляется цифра, указывающая номер тура увязки, а цифра, стоящая в конце стрелки обозначает абсолютное значение поправочного расхода в кольце. Исправляют первые прикидочные расходы каждого участка на соответствующие Δq. При этом Δq кольца прибавляется к первым прикидочным расчетным расходам тех участков, на которых направление стрелки Δq (пунктирная стрелка) совпадает с направлением движения воды на участке и вычитается от расчетных расходов тех участков, на которых направление стрелки Δq не совпадает с направлением движения воды на участке.

На смежных линиях (участок 2-5)исправление первых прикидочных расходов производится дважды: исправление вносится со стороны первого кольце на Δq₁ и со стороны второго кольца на Δq_II.

После исправления расчётных расходов на всех участках сети производится второй тур увязки, третий и т.д., до тех пор, пока невязка в каждом кольце не будет превышать допустимой, а по внешнему контуру не больше ±1,0 м.

Инж. М.М. Андрияшев предложил после первого тура увязки выделять контуры, охватывающие несколько колец, имеющих невязки одинаковых знаков и увязывать в начале их. Такой искусственный прием оправдывается тем, что поправочные расходы воды на смежных участках колец выбранного контура будут иметь разные знаки, и алгебраическая сумма их будет близка к нулю. При увязке объемлющих контуров каждый раз проверяются невязки в кольцах контура. Этот метод применяется при большем числе колец после первого тура увязки, увязку можно вести по "интуитивному" способу. Этот способ заключается в том, что поправочные расходы колец во втором и последующих турах увязки назначаются ориентировочно, и на величину этой поправки уменьшаются расходы на более нагруженных линиях и увеличиваются на менее нагруженных. Пропуская увязочный расход по кольцам сети необходимо соблюдать правило: количество воды, протекающее по, узлу, должно быть равно количеству воды, вытекающей из узла.

В целях уменьшения арифметических вычислений М.М, Андрияшев предложил после первого тура увязки колец поправочный расход кольца Δ q в л/с определять по более приближенной формуле:

(2.7)

где Δq₀ и Δh₀ - соответственно поправочный расход в л/с к невязке в м. предыдущего тура увязки; ±Δh - невязка в м., которую требуется уничтожить.

После увязки колец необходимо подобрать диаметры водоводов (тупиков) и определить потери напора в них. Если водовод имеет длину более200 м. и поэтому они принимаются в две нитки каждый. Расходы воды каждой нитки будут равны:

q _ВБ-1 = , л/с;

По таблицам Ф.А. Шевелева по расходам в водоводах экономически выгоднейший диаметр каждой нитки.

Однако, учитывая, что при расчете сети на пожар расходы в этих тупиках значительно возрастут и потери напора в них еще в большей степени увеличится, необходимо принять ближайшие большие, рядом стоящие по ГОСТ диаметры.