Расчет напорного трубопровода
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет профессиональной подготовки
дипломированных специалистов
Кафедра технологии строительного производства
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
на тему: «Расчет напорного трубопровода»
по дисциплине: "Основы гидравлики"
ОГУ 270800.62.8014.325
Содержание
Задание контрольной работы
(Вариант № 38 Ш 1339)
- Расчет напорного трубопровода
Требуется произвести расчет системы водоснабжения населенного пункта, промышленного предприятия и ж/д станции.
Из подземного резервуара 1 вода насосной станцией 2 перекачивается в водонапорную башню 3, из которой поступает в кольцевую водопроводную сеть 3-4-5-6-3, снабжающую водой населенный пункт и водопотребителей железнодорожной станции. В точке 4 кольцевой сети присоединен тупиковый водопровод, питающий водой водозаборные колонки 7,8,9,10,11 близлежащего поселка с одноэтажной застройкой. В точках 4,5,6 производится отбор воды следующим потребителям:
точка 4 - пассажирское здание, краны для заправки пассажирских вагонов;
точка 5 - локомотивное депо;
точка 6 - промышленное предприятие.
Потребление воды населением и на поливку улиц зеленых насаждений равномерно распределено по длине кольцевой сети. Противопожарное водоснабжение осуществляется пожарными машинами с прицепными автоцистернами.
Исходные данные для расчета
ТУПИКОВАЯ СЕТЬ
- Максимальные секундные расходы
«7», «8», «9», «10», «11» - q=2 л/с
- Свободный напор 7,8,9,10,11-10 м вод. ст.
- Длины участков линий водопроводной сети
Участок
4-7- 534 м
7-8- 284 м
7-10- 234 м
8-9- 234 м
8-11- 234 м
- Отметка земли в точках
«9» - 137,1 м
«7,8,10,11» - 136,9 м
Определение расчетных расходов воды на каждом участке сети.
q7-10 =q10=2 л/с;
q7-8 =q8+q9+q11=6 л/с;
q8-9 =q9=2 л/с;
q8-11 =q11=2 л/с;
q4-7 =q7+q10+q9+q11+q8=10 л/с;
Данные заносятся в таблицу 1.
q9
q4-7 =70 d4-7=100 v4-7=0,98 q10 q7-8=6 d7-8=80 v7-8=0,85
4 l4-7=534,7 h4-7=9,5052 7 l7-8=284 h7-8=4,8848
q8 8 9 l8-9=234 h8-9=3,8142
q7
11
q11
Рис.2
1.3 Определение диаметров труб, скоростей потока, гидравлического уклона.
Из гидравлики известно, что расход воды Q=wv, где w – площадь поперечного сечения трубы (w=πd2/4), v – скорость потока. Из этих формул следует, что диаметр равен d=√4Q/πv.
Но в нашем случае мы будем рассчитывать диаметры труб в соответствии с таблицей для гидравлических расчетов водопроводных труб составленной Ф. А. Шевелевым. Далее вычисляем потери напора на каждом участке сети по формуле h=il, где i-потери на единицу длины трубопровода или гидравлический уклон, l-длина участка. Все полученные значения вносим в таблицу 1.
КОЛЬЦЕВАЯ СЕТЬ
- Площадь жилой застройки
F = 4*(400+134)*(800+134) = 2368,624 кв. м
- Плотность населения Р, чел/га-140
- Этажность застройки N-3
- Степень благоустройства районов жилой застройки-2
- Максимальные суточные расходы воды:
а) пассажирским зданием-25 м3/ сут.
б) локомотивным депо-2139
в) пассажирскими вагонами-234 вагона ежедневно заправляются на станции водой
г) промышленным предприятием 3339 м3/сут.
6. Длина участков водопроводных линий
Водопровод 2-3 -1539 м
Участки 3-4, 5-6 -934 м
4-5, 6-3 -634 м
7.Отметка земли в точках
«1» - 133,9 м
«2» - 134,5 м
«3,4,5,6» - 136,4 м
8. Район расположения
системы водоснабжения –
Максимальные секундные расходы водоразборных колонок q, л/с-2,0
Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах на 1 жителя среднесуточное (за год) q, м3/сут
-застройки зданиями, оборудование,
внутренний водопровод и
-с ваннами и местными водонагревателями-0,2
Расчет тупиковой сети водопровода
Известны максимальные секундные расходы, свободные напоры и отметки земли в точках 7,8,9,10,11; заданы длины всех участков 4-7, 7-8, 8-9, 7-10, 8-11. Требуется определить необходимый расход воды и напор в точке 4, которые позволяют обеспечить водой потребителей тупиковой сети.
Расчет выполняется в следующем порядке:
а) определение расчетных расходов воды на каждом участке сети
б) определение диаметров труб
в) выбор магистрального направления и определения расхода и напора в начальной точке тупиковой сети
Таблица 1
№ участка |
Расход q, л/с |
Диаметр d, мм |
Скорость V, м/с |
Гидравлический уклон, i |
Длина участка l, м |
Потери напора h=i*l, м |
4-7 |
10 |
100 |
0,98 |
0,0178 |
534 |
9,5052 |
7-8 |
6 |
80 |
0,85 |
0,0172 |
284 |
4,8848 |
8-9 |
2 |
50 |
0,62 |
0,0163 |
234 |
3,8142 |
7-10 |
2 |
50 |
0,62 |
0,0163 |
234 |
3,8142 |
8-11 |
2 |
50 |
0,62 |
0,0163 |
234 |
3,8142 |
Определение напора в начальной точке тупиковой сети.
Напор в точке 4 определяется по формуле:
H4=H9+∑h+z9-z4,
где H9 =10 м.вод. ст. свободный напор в точке 9;
∑h-сумма потерь напора в магистральном трубопровод;
∑h=h4-7+h7-8+h8-9. z9, z4-отметки земли в соответствующих точках;
H4=28,01 м.
Расчет кольцевой сети
а) Определение расчетных суточных расходов воды
Расход воды на поливку улиц и зеленых насаждений следует принимать в пределах 0,020-0090 м3/сут. на одного жителя.
Норма расхода на заправку одного цельнометаллического вагона 0,72 м3/сут.
Таблица 2
Наименование потребителей |
Единица измерения потребителей |
Количество потребителей |
Норма водопотребления |
Суточный расход воды | |
среднесуточный |
в сутки наибольшего потребления | ||||
Пассажирское депо |
шт. |
1 |
25 |
25 |
30 |
Локомотивное депо |
шт. |
1 |
2139 |
2139 |
2567 |
Заправка вагонов водой |
вагон |
234 |
0,72 |
168 |
202 |
Промышленное предприятие |
шт. |
1 |
3329 |
3329 |
3995 |
Населенный пункт |
человек |
66304 |
0,2 |
13261 |
15913 |
Поливка улиц и зеленых насаждений |
человек |
66304 |
0,055 |
3647 |
4376 |
Определение расчетных секундных расходов.
Расчетные секундные расходы воды определяются для отдельных пунктов водопотребления. Но при этом учитывается то, что некоторые из потребителей потребляют воду круглосуточно, а некоторые только в определённое время.
Для пунктов потребляющих воду круглосуточно секундный расход определяется по формуле:
q=KчQmax1000/86400,
где Кч – коэффициент часовой неравномерности, учитывающий колебания расходов воды в течение суток. Для локомотивного депо, промышленного предприятия Кч=1,2, для пассажирского здания и населенного пункта Кч=1,5.
Для пунктов потребляющих воду не полные сутки секундный расход определяется по формуле:
q=Qmax1000/T3600,
где T – промежуток времени за который потребляется;
Qmax. - продолжительность работы поливочных кранов принимают 6 ч. в сутки; время заправки состава из 15 вагонов – 0,2 ч.
Пассажирское депо q=1,5*30*100/86400=0,52
Локомотивное депо q=1,2*2569*1000/86400=36,65
Заправка вагонов q=202,18*1000/3,12*3600=18,0
Промышленное предприятие q=1,2*3995*1000/86400=55,49
Населенный пункт q=1,5*15912*1000/86400=276,3
Поливка улиц и зеленых насаждений q=4376,1*1000/6*3600=202,6
Подготовка магистральной сети к гидравлическому расчету.
При расчете сети её разбивают на отдельные участки. В начале и в конце участка находятся узлы, т. е. точки в которых находятся крупнейшие потребители воды. Для учета водопотребления населенного пункта делаем следующее, весь расход воды расcредоточиваем на всю протяженность трубопровода при условии, что вода расходуется равномерно по его протяженности.
В связи с этим определяем удельный расход воды по формуле:
qуд.=(qх.н.+qпол.)/∑l ,
где qх.н – секундный расход воды на нужды населения,
qпол – секундный расход на поливку.
Определим расход воды на каждом участке qп..
Расчет путевого расхода представлен
в таблице 3.
3 4
Номер участка |
Длина участка l, м |
Удельный расход qуд, л/с на 1 пог/м |
Путевой расход qп, л/с |
3-4 |
934 |
0,315 |
294,21 |
4-5 |
634 |
0,315 |
199,71 |
5-6 |
934 |
0,315 |
294,71 |
6-3 |
634 |
0,315 |
294,71 |
Таблица 3
После этого вычислим узловой расход по формуле: qузл.=qсоср.+ 0,5∑ qп. Все полученные значения заносим в таблицу 4.
№ узла |
Номера прилегающих к узлу участков |
Сумма путевых расходов на прилегающих участках ∑qп, л/с |
Сосредоточенный расход qсоср. л/с |
Узловой расход qузл. =qсоср.+0,5∑qп,л/с |
3 |
3-6, 3-4 |
478,9 |
0 |
99,86 |
4 |
3-4, 4-5 |
478,9 |
99,86 |
199,72 |
5 |
4-5, 5-6 |
478,9 |
147,36 |
294,72 |
6 |
3-6, 5-6 |
478,9 |
147,36 |
294,72 |
Таблица 4
Определение диаметров труб водопроводной сети.
Потоки воды в точке 3 разветвляются на два потока идущим по двум ветвям 3-4-5 и 3-6-5. Определяют расчетные расходы воды исходя из условий, что суммарный приток воды к узлу со всех направлений равен сумме расчетных расходов участков, питаемых из данного узла, плюс расход воды, забираемый в данном узле, т. е.:
q3-4=q4+q4-5 = q3-6=q6 + q5-6 ; q4-5=q5-6= 0.5q5 ;
В точке 5 происходит встреча потоков. Диаметры труб, как и при расчете тупиковой сети, определяем в зависимости от секундного расхода воды по таблице Шевелева. При выборе диаметров труб следует учитывать возможность аварии на одном из участков кольцевой сети и снабжение водой по другим участкам сети, поэтому диаметр должен быть не менее 125-150 мм. Результаты расчетов представлены в таблице 5.
Таблица 5.
Номер участка |
Длина участка |
Диаметр трубы |
Распределение расходов | ||
Секундный расход |
Гидравлический уклон*10-3 |
Потери напора | |||
3-4 |
934 |
300 |
130,23 |
0,006 |
5,726 |
4-5 |
634 |
250 |
50,21 |
0,00588 |
3,667 |
3-6 |
934 |
400 |
175,84 |
0,00582 |
5,375 |
6-5 |
634 |
250 |
50,21 |
0,00588 |
3,667 |
Гидравлический расчет сети на случай максимального водоразбора.
Определив диаметры труб, мы можем найти потери напора на участке по формуле: h=il Далее вычисляем потери напора на участках, где движение воды происходит по часовой стрелке, h3-4-5=h3-4+h4-5, и против часовой стрелки h3-6-5=h3-6+h6-5. Если расчетные расходы в ветвях кольца намечены верно, то h3-4+h4-5=h3-6+h6-5.:
h3-4 =5,726
h4-5 =3,667
h3-6 =5,375
h5-6 =3,667
При подстановке полученных чисел рассчитаем погрешность:
h3-4 +h4-5 -h3-6 -h5-6 =0,351
Данная погрешность допустима, и сеть можно считать увязанной. Результаты вычислений помещены в таблицу 5.
Определение высоты водонапорной башни.
Высота водонапорной башни определяется по формуле:
H6=z+Hсв+∑h-z3,
где z – отметка земли в диктующей точке,
Hсв – свободный напор,
∑h – сумма потерь
напора на пути от
z3 – отметка земли в точке 3.
Величина свободного напора определяется этажностью застройки населённого пункта. Hсв=10+4(m-1), где m – количество этажей.
Полученную величину сравниваем со свободным напором в точке 4, и выберем наибольшее значение.
Hсв = 10+4(4-1) = 22 м; 126,9+31,9+3,62-126,2=46,22
z = 126,9 м;
z3 = 126,20 м;
H6 =46,22 м.
Гидравлический расчет напорного водопровода.
Водопровод рассчитывается на пропуск максимального суточного расхода по всем линиям, для обеспечения бесперебойного водоснабжения устанавливают две линии работающие равномерно.
Qmax= 7317,62 м3/сут;
q=(Qmax*1000)/3600*Tn), где Т=22-23 ч, n = 2 число линий водовода;
q= (Qmax*1000)/(3600*22,5*2)=45,
Определение требуемых для подачи воды и поддержания должного напора, насосов.
1.Определение требуемого секундного расхода qтреб. =176,18 л/с;
2.Определение требуемого напора насоса:
Hтр=Hг+∑h,
где Hг - геометрическая высота подачи воды;
Hг=z3+Hб+hб-z1,
Потери напора в водоводе определяются для одной линии при максимальном расчетном расходе воды по этой линии по формуле:
где 1.1 – коэффициент, учитывающий величину местных сопротивлений и сопротивление всасывающей линии;
Hтр= z3+Hб.+hб.-z1+∑h=136,4+46,22+
По каталогу подбираем насос в зависимости от найденного значения требуемого расхода.
