Гидравлика. 2

                         

 

                                 Содержание

 

 

 

 Введение……………………………………………………………2

 

1 Расчет водопотребления

      1. Суточный расход воды для населенного пункта…..3
      2. Суточный расход воды для предприятия…………...4

 

2 Гидравлический расчет  наружной водопроводной сети………5

 

3 Определение емкости напорно-регулирующего    резервуара и резервуара для  хранения запаса чистой воды

          3.1 Объем напорно-регулирующего резервуара………….

          3.2 Объем резервуара для хранения запаса чистой воды…

 

4 Выбор насосов насосной  станции………………………………

 

5 Компоновка оборудования  насосной станции и  определение   площади ее застройки……………………………………………..

 

6 Вывод……………………………………………………………..

 

7 Литература……………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

  

                                       ВВЕДЕНИЕ

 В настоящее время  одним из главных направлений  развития сельского хозяйства  является  обеспечение его водными  ресурсами, а именно: проектирование, строительство водопроводных сетей   для снабжения населенных пунктов,  ферм и других объектов.  

    Вода в сельском  хозяйстве является одним из важнейших средств производства. Вода служит основой для развития растений, для производства сельскохозяйственных продуктов.

Поэтому организация  рационального использования воды – приоритетная задача работников сельского хозяйства. Большую роль в осуществлении мероприятий  по рациональному использованию водных ресурсов призваны сыграть руководители всех уровней.

     Основой  высокоэффективного использования  воды является рациональная система  водоснабжения. Она включает в себя широкий комплекс организационно-экономических,  инженерно-строительных мероприятий, в нее также входят внедрение новой техники и технологий по водоснабжению.

    Целью данной  работы является проектирование  водопроводной сети для населенного пункта с численностью жителей 750 человек и мясокомбината, производящий 25 тонн мяса в сутки. Перед данной работой стоят следующие задачи: произвести  расчет всех объектов водопотребления,  выбрать насосы для насосной станции, произвести компоновку насосной станции и определить ее площадь.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет  водопотребления

 

    1. Суточный расход воды для населенного пункта

Средний суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды

определим  по формуле:

 

                                Qср.сут = q * n / 1000,                                        (1)  

 

         где   q – норма водопотребления на 1 человека,  q=150л/сут;

                n – численность населения в населенном пункте, n=750 чел.

      

Q ср.сут = 150*750 / 1000 = 112.5 м3/сут.

 

Расчетный расход  воды  в сутки наибольшего водопотребления

подсчитываем по формуле:

 

                                Qсут.мах = a1 * Q ср.сут,                                   (2)

 

         где a1– коэффициент суточной неравномерности водопотребления,  a1= 1.2.

 

                                 Q сут.мах = 1.2*112.5 = 135 м3/сут.

 

Максимальный часовой  расход воды определяем по формуле:

 

                                 Qч.мах= a2 * Q сут.мах / 24,                              (3)

         где  a2- максимальный коэффициент часовой неравномерности

хозяйственно-питьевого  водопотребления:

 

                                 a2 = Кб * бж,                                                     (4)

         где   Кб – коэффициент, учитывающий степень благоустройства

зданий и местные условия,   Кб = 1.3;

                   бж -    коэффициент, учитывающий количество жителей

 в населенном пункте. При   n=2200 человек принимаем   бж = 2.2

                                a2 = 1.3 * 2.2= 2.86

 

                                Qч.мах= 2.86*135 / 24 = 16.09м3/ч.

 

Расчет наружных водопроводных  сетей ведется по максимальному

секундному  расходу воды. Максимальный секундный расход

определяем по следующей формуле:

 

                                 Q сек.мах = Qч.мах / 3600,                                (5)

 

                                 Q сек.мах = 16.09/ 3600 = 0.0045 м3/ с.

 

    1. Суточный расход воды для предприятия

Средний суточный расход воды на мясокомбинате определим  по формуле (1), где   q = 1000 л/т , n = 25 т/сут.

 

Qср.сут = 1000*25 / 1000 = 25 м3/сут.

 

Расчетный расход  воды  в сутки наибольшего водопотребления 

подсчитываем  по формуле (2) где a1= 1.3:

 

Q сут.мах = 1.3*25   = 32.5 м3/сут.

 

Максимальный часовой расход воды определяем по формуле (3)

где  a2= 1.3:

 

Qч.мах = 1.3*32.5 / 24 =1.76 м3/ч.

 

Максимальный секундный расход определяем по  формуле (5):

 

Q сут.мах = 1.76 / 3600 = 0.00049 м3/ с.

 

Результаты расчета водопотребления  сводим в таблицу 1.

 

Таблица  1 – Определение расчетного расхода

 

Потреб.

Хар-ка

потребит.

  q

л/сут.

Qср.сут

м3/сут.

a1

Q сут.мах

м3/сут.

a2

Qч.мах

м3/ч.

Qсек.мах

м3/ с.

Население

750 чел.

150

112.5

1.2

135

2.86

16.09

0,0045

Мясокомбинат

25 т/с

  1000

25

1.3

32.5

1.3

1.76

0,00049


 

 

 

       

2 Гидравлический расчет наружной  водопроводной сети

 

Необходимый диаметр труб на характерных  участках определяется

по величине  расчетного расхода (без противопожарных целей) и 

допустимой (экономической)  скорости движения воды:

 

                                    dy = 2 (QС.МАХ.Р / p * vЭК)1/2 ,                          (6)

 

        где    d- диаметр трубы , м;

                QС.МАХ.Р – расчетный максимальный секундный расход

                 воды на данном участке, м3/ с ;

                        vЭК – средняя экономическая скорость движения

                  воды в трубах, м/с.

 

Расчетный расход  воды на участке Б-В

формуле:

 

                               QС.МАХ.Р =  QС.МАХ.НАС + QС.МАХ.ПР 

 

QС.МАХ.Р = 0.0045 + 0.00049=0.00499  м3

 

 

Расчетный расход  воды на участке В-Г для населенного  пункта определим по формуле:

                               QС.МАХ.Р = 0,55 * QС.МАХ.НАС + QС.МАХ.ПР  ,        (7)

       

        где  QС.МАХ.НАС – путевой расход , непрерывная раздача

                на участке  , снабжающего водой  населенный пункт,

               QС.МАХ.НАС = 0.0045 м3/с.

               QС.МАХ.ПР  - транзитный расход , снабжающий водой

                предприятие, 

                QС.МАХ.ПР  = 0.00049 м3/с.

 

Рассмотрим участок ВГ:

 

      QС.МАХ.Р ВГ= 0.55 * 0.0045 *+0.00049 = 0.002965 м3/с.

 

 

При таком расходе  воды

                vЭК  = 0,55 м/с.

                                 dy = 2 (QС.МАХ.Р / p * vЭК)1/2  = 0.083 м.

По ГОСТу принимаем   dy = 0.08 м.                                

 

 

Для ГД(предприятия) расчетный расход воды будет равен:

 

                 QС.МАХ.Р ГД= QС.МАХ.ПР = 0,00049 м3/с.

 

При таком расходе  воды

                 

              vЭК  = 0,4 м/с.

                              dy = 2 (QС.МАХ.Р / p * vЭК)1/2  = 0.0395 м.

По ГОСТу  принимаем dy = 0.075 м.

 

Суммарный расчетный расход воды на участке БВ будет равен:

 

                                QС.МАХ.Р = QС.МАХ.НАС + QС.МАХ.ПР  ,                  (8)

 

QС.МАХ.РБВ = QС.МАХ.НАС + QС.МАХ.ПР= 0.00499 м3/с.

 

При таком расходе воды

 

              vЭК  = 0.75 м/с.

                             dy = 2 (QС.МАХ.Р / p * vЭК)1/2  = 0.092 м.

По ГОСТу  принимаем dy = 0.100 м.

 

Проверка водопроводной  сети на одновременный пропуск расхода

воды на наружное пожаротушение  производится при наибольшем

необходимом  расходе  воды на другие нужды. При этом скорость

воды в трубах на отдельных  участках определяется по следующей

формуле:

                               VПОЖ = 4 * QР.ПОЖ/ p * dГОСТ2 ,                          (9)

 

                     где  QР.ПОЖ – расчетный расход при пожаре , м3/с.

 

                                     QР.ПОЖ = QС.МАХ.Р + QПОЖ  .                        (10)

 

      На участке  БВ принимаем  QПОЖ = 0.01 м3/с :

 

QР.ПОЖБВ = 0.00499 + 0.01 = 0.01499м3/с.

 

VПОЖ = 4 * 0.01499/ 3.14 * 0.12 = 1.9 м/с.

 

 На участке ВГ принимаем QПОЖ = 0.01 м3/с :

 

QР.ПОЖВГ = 0.002965 + 0.01 = 0.012965 м3/с.

 

 VПОЖ = 4 * 0.012965/ 3.14 * 0.082 = 2.593 м/с

 

   На участке ГД принимаем  QПОЖ = 0,01 м3/с :

 

QР.ПОЖГД = 0.00049 + 0.01 = 0.01049 м3/с.

 

VПОЖ = 4 * 0.01049/ 3.14 * 0.0752 = 2.37 м/с.

 

Потери напора по длине на отдельных прямолинейных участках

определяем  по формуле :

        

                            hL= bK * 1/K2 * L * QС.МАХ.Р2 ,                             (11)

 

           где bK – поправочный коэффициент , учитывающий зависимость потери от расхода воды;

                  1/K2 – расходная характеристика труб, с26;

                  L – длина трубы на заданном участке, м ;

                 QС.МАХ.Р – расчетный расход на участке, м3/с.

 

На участке БВ: L = 375 м,  QС.МАХ.Р = 0,00499 м3/с,

                           при  dГОСТ = 0,100 м, принимаем 1/K2 = 264 с26 ;

                           при  vЭК = 0,75 м/с, принимаем bK = 1,06;

 

                     hL= 1.06 * 264* 375 * 0.004992 = 2.61 м.

 

На участке ВГ: L = 1470 м,    QС.МАХ.Р = 0,002965 м3/с,

                           при   dГОСТ = 0.08 м, принимаем 1/K2 = 1168 с26 ;

                           при  vЭК = 0.55 м/с, принимаем bK = 1.12;

 

                      hL= 1.12 * 1168 * 1470 * 0.0029652 = 16.9 м.

Так как h= 16.9>6, то надо увеличить диаметр трубы.

Увеличим d до 0.1 м., тогда

1/K2 = 264 с26

                      hL= 1,12 * 264 * 1470 * 0.0029652 = 3.82 м.

 

VПОЖ = 4 * 0.012965/ 3.14 * 0.12 = 1.65 м/с

 

 

На участке ГД: L = 285 м, QС.МАХ.Р = 0,00049 м3/с,

                           при   dГОСТ = 0,075 м, принимаем 1/K2 = 1210с26;

                           при  vЭК = 0.4м/с,  принимаем bK = 1.2;

 

                     

                   hL= 1.2 * 1210 * 285 * 0.000492 = 0.1 м.

 

Местные потери напора для наружных водопроводов можно принять равным  10…15 % от потерь напора по длине:

 

                                      hМ = 0.13 * hL ,                                           (12)

 

На участке   БВ :    hМ = 0.13 * 2.61 = 0.34 м;

На участке   ВГ :    hМ = 0.13 * 3.82 = 0.5 м;

На участке   ГД :    hМ = 0.13 * 0.1 =  0.013 м;

 

            Суммарные потери напора будут  равны:

 

                                      hLM = hL + hМ ,                                            (13)

 

На участке   БВ :   hLM = 2.61 + 0.34  = 2.95 м;

На участке   ВГ :   hLM = 3.82 + 0.5  =  4.32 м;

На участке   ГД :   hLM = 0.1 + 0.013  =  0.113м.

 

 

Таблица  2 – Гидравлический расчет водопроводной сети

 

Участок

Длина,м.

  Расход, м3

    QС.МАХ.Р                           

Принятый диаметр

БВ

375

0.00499

0.100

ВГ

1470

0.002965

0.100

ГД

285

0.00049

0.075


 

 

            Продолжение таблицы 2

 

Участок

Скорость

  vЭК      vпж

Мат.

      Потери  напора

hL            hМ                    hLM   

БВ

0.75

1.9

Сталь

2.61

0.34

2.95

ВГ

0.55

1.65

Сталь

3.82

0.5

4.32

ГД

0.40

2.37

Сталь

0.1

0.013

0.113




 

                               

 

 

 

 

 

  Пьезометрические напоры во всех конечных точках магистрали водопровода определим из уравнения:

 

                                     Hn = Hсв + åh + ( Z1 - Z2 ) ,                        (14)

 

        где  Hn – пьезометрический напор в конечной точке, м;

                Hсв – свободный напор. Принимаем Hсв = 10 м;

                        В точке Д производственное  предприятие

                åh – сумма потерь в сети на линии до конечной или

                         диктующей точки, м;

                Z1, Z2 – геодезические отметки в конечной точке

                        и в месте расположения водонапорной  башни, м;

 

На участке БВ:  åh = 2.95 м,   Z1 = 67 м,  Z2 = 68 м;

 

  HnБВ = Hсв + åh + ( Z1 - Z2 ) = 11.95  м.

 

 На участке БГ:  åh = 7.27м,   Z1 = 67 м,  Z2 = 68 м;

 

 HnБГ = Hсв + åh + ( Z1 - Z2 ) =  16.27 м.

 

На участке БД:  åh = 7,383 м,   Z1 = 68 м,  Z2 = 68 м;

 

 HnБД = Hсв + åh + ( Z1 - Z2 ) =  17.383 м.

 

Принимаем высоту водонапорной башни  HБ = 18 м.

Свободный напор в наружных водопроводных  сетях будет равен:

 

      HСВ = HБ - åh - ( Z1 - Z2 ) ,                                                        (15)

 

На участке БВ:   HСВ = HБ - åh - ( Z1 - Z2 ) = 16.05 м;

 

На участке БГ:    HСВ = HБ - åh - ( Z1 - Z2 ) =  12.73 м;

 

На участке БД:    HСВ = HБ - åh - ( Z1 - Z2 ) =  10.617 м;

 

 

Таблица 3 – Построение пьезометрической линии

 

Точка

магистрали

Участок

Высотная

отметка, м.

Отметка пьезометрич

напора в точке, м.

Потери

напора, м.

Свободный напор, м.

В

БВ

67

11.95

2.95

16.05

Г

БГ

67

16.27

7.27

12.73

Д

БД

68

17.383

7.383

10.617


                                           

 

 

 

 

 

 

           QБВ =0.0049                       QВГ =0.002965                         QГД =0.00049

           L БВ =375м                          L ВГ =1470м                              L ГД =285м

           d БВ =100мм                        d ВГ =100мм                              d ГД =75мм

          

 

 

          

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

         

          

 

 

 

 

Таблица 4 – Построение интегральной кривой водопотребления

 

Часы

суток

Населенный

пункт

Предприятие

Суммарн.

потреб.

воды за

данный

час суток

   м3/ ч

Последов.

суммиро-

вание час

обьемов

потребле-

ния, м3

% от

суточно-

ного потребления

Часовой

обьем

потреб.

м3/ ч

% от

сут.

потреб-

ления

Часовой

обьем

потреб.

м3/ ч

0-1

0.75

1.0125

   

1.0125

1.0125

1-2

0.75

1.0125

   

1.0125

2.025

2-3

1.0

1.35

   

1.35

3.375

3-4

1.0

1.35

   

1.35

4.725

4-5

3.0

4.05

   

4.05

8.775

5-6

6.5

8.775

   

8.775

17.55

6-7

5.5

7.425

   

7.425

24.975

7-8

5.5

7.425

10

3.25

10.675

35.65

8-9

3.5

4.725

10

3.25

7.975

43.675

9-10

3.5

4.725

10

3.25

7.975

51.6

10-11

6.0

8.1

10

3.25

11.35

62.95

11-12

8.5

11.475

10

3.25

14.725

77.675

12-13

8.5

11.475

10

3.25

14.725

92.4

13-14

6.0

8.1

10

3.25

11.35

103.75

14-15

5.0

6.75

10

3.25

10

113.75

15-16

5.0

6.75

10

3.25

10

123.75

16-17

3.5

4.725

10

3.25

7.975

131.725

17-18

3.5

4.725

   

4.725

136.45

18-19

5.0

6.75

   

6.75

143.2

19-20

6.0

8.1

   

8.1

151.3

20-21

6.0

8.1

   

8.1

159.4

21-22

3.0

4.05

   

4.05

163.45

22-23

2.0

2.7

   

2.7

166.15

23-24

1.0

1.35

   

1.35

167.5

Всего

100

135

100

32.5

167.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Определение емкости напорно-регулирующего  резервуара  

                  и резервуара для хранения запаса чистой воды

 

3.1 Обьем напорно-регулирующего   резервуара

 

Обьем напорно-регулирующего  резервуара определяем по формуле:

 

                                   VР = VРЕГ + VАВ +VПОЖ + VМ  ,                    (16)

 

            где  VР – обьем напорно-регулирующего резервуара, м3 ;

VРЕГ – регулирующий обьем резервуара, м3 ;

VАВ – аварийный запас воды, м3 ;

VПОЖ – запас воды на пожаротушение, м3 ;

VМ – обьем мертвой зоны, м3.

 

Регулирующий обьем  резервуара следует определить из выражения:

 

                               VРЕГ = QСУТ.МАХ/ m * ( dН + dВ ) ,                     (17)

 

            где    QСУТ.МАХ / m – масштаб , м3/ мм.

                      QСУТ.МАХ / m = 1.3 м3/ мм;

                      dН, dВ – наибольшая положительная и отрицательная

                      разность ординат между линией  водопотребления и

                      и линией подачи, dН = 20 мм, dВ = 20;

 

                      VРЕГ = 2.372 * ( 20 + 20 ) = 94.884  м3 .

 

Аварийный запас воды , определяемый временем ликвидации возможной аварии и зависящей от эксплутационной надежности

элементов системы водоснабжения , выбирается:

 

                                     VАВ = (0,10…0,15) VРЕГ ,                           (18)

 

  VАВ = (0,10…0,15) 94.884 = 9,48 м3 .

 

Запас воды на пожаротушение  определим по следующей формуле:

 

                                   VПОЖ = 3.6 * qПОЖ * tПОЖ ,                            (19)

 

       где    tПОЖ – время пожаротушения. Принимаем tПОЖ = 0,2 ч;

                qПОЖ – норма водопотребления на тушение пожара.

                            Определим по формуле :

                                  qПОЖ = qI * mC ,                                              (20)

 

       где     qI – норма расхода воды на один пожар ,  qI = 10 л/с;

                 mC – количество одновременных пожаров, mC = 1.

 

 

  qПОЖ = qI * mC = 10 л/с;

 

  VПОЖ =3.6 *10 *0.18 = 6.48  м3/с;

 

  VР* =  98.884 + 9.48+ 7,2 = 111.56м3 .

 

Диаметр резервуара цилиндрической формы равен :

 

                                       DР = (4 * VР / p * HР)1/2                             (21)

 

       где  HР – высота резервуара. Принимаем HР = 5 м.

 

DР = (4 * VР / p * HР)1/2 = 4.86 м.

 

Принимаем DР = 5 м.

 

Обьем мертвой зоны выбирается из расчета 15…20 см на дне резервуара, предотвращающий засорение водопроводной сети,

и  20…25 см вверху резервуара (страховой запас), предотвраща-

ющий перелив воды через край резервуара:

 

                                     VМ = ( 0,35…0,45 ) p * DР2 / 4 ,                 (22)

 

VМ = ( 0,35…0,45 ) 3,14 * 52 / 4 = 7.85 м.

 

Полный обьем резервуара будет равен:

 

VР = 111.56+ 7.85= 119.41м.

 

 

3.2 Обьем резервуара  для хранения запаса чистой  воды

 

 Обьем резервуара  чистой воды определим по следующей  формуле:

 

                                      VР.ЧИСТ = VР + VСР + VП ,                          (23)

 

        где  Vр – регулирующий обьем, необходимый для постоянного возмещения разницы между равномерной подачей

                        воды от фильтра и откачкой  ее насосами станции

                        2-ого подьема,  м3;

                Vср – обьем, необходимый для технологических нужд

                        (промывки фильтров),  м3;

                Vп – запас воды для целей пожаротушения, м3.

 

Регулирующий обьем  определяем исходя из трех часов работы

насосной станции  при наибольшем водопотреблении:

 

                                        VР = 3 * Q ч.мах,                                      (24)

          где  Q ч.мах – суммарный максимальный часовой расход

                                воды в час наибольшего потребления,

                                Qч.мах = 14.73 м3/ ч.

 

VР = 3 * 14.73 = 44.19 м3.

 

Обьем воды, необходимый  для технологических нужд определяем из условия:

                                           VСР = a * Qсут.max,                             (25)

 

          где   a - коэффициент, учитывающий расход воды на промывку фильтров и другие технологические нужды,

a=0.05…0.08.

 Vср = 0.06 * 167.5= 10.05   м3.

 

Запас воды для целей  пожаротушения определяем по формулам

(19) и (20) принимая qI = 10 л/с, mC = 1, tпож =3 часа:

 

 Qпож = qI * mC = 10 л/с;

 

 Vпож = 3.6 * 10 * 3 = 108 м3/с;

 

Vр.чист = 44.19 + 10.05+ 108 = 162.24м3.

 

 

Диаметр резервуара цилиндрической формы считаем по формуле

(21) принимая 

 

HР = 3.8 м:

 

DР = (4 * 162.24/ 3.14 * 3.8)1/2 = 8.1 м.

 

Принимаем DР = 8м.

 

              4 Выбор насосов насосной станции

Время работы насосов определяем исходя из интегрального графика

водопотребления  TН = 14 часов. Необходимая подача воды определяется по наибольшему суточному потреблению и принятой

продолжительности работы насосов:

 

                                     QH =  QСУТ.МАХ / TН  ,                                   (26)

 

QH =  408 / 14  = 29.143м3/ ч = 0,00809 м3/с.

Расчет второй ступени

При таком расходе  воды vЭК = 0,8 м/с. По формуле (6) определяем  диаметр  нагнетательного трубопровода:

 

 

dyАБ = 2 (QС.МАХ.Р / p * vЭК)1/2 = 0,114 м.

 

По ГОСТу принимаем dyАБ = 0,125 м.

 

Истинную скорость течения  воды в трубах определяем по формуле(9):

         VПОЖ = 4 * QР.ПОЖ/ p * dГОСТ2 = 1.54 м/с.

 

Полный напор насосной станции определяем по следующей  формуле:

 

                             HН =  HГН + hН + hВ ,                                   (27)

 

                 где     HН – полный напор насосной станции, м;

                            HГН – высота нагнетания, м;

                             hН – потери в нагнетательном трубопроводе, м;

                             hВ – потери во всасывающем трубопроводе, м.

 

где  DНАС – высотная отметка расположения насоса,

 

 DНАС = 93 м;

Высоту нагнетания определяем по формуле:

 

                                             HГН = DМАХ-DНАС ,                              (29)

 

   где  DМАХ – наивысшая отметка, расположения у верхнего края

напорно-регулирующего  резервуара,  DМАХ= 96+18+6 =120   м.

 

HГН = 120-93 = 27 м.

 

Потери напора в нагнетательной трубе с задвижкой, обратным клапаном и шестью коленами составят :

 

             hН  =( l* LН / dН + S EК + EЗ + EОК)*vН2 / 2 * g ,              (30)

 

             где   l - коэффициент сопротивления трению, l = 0,025;

                      LН – длина напорного трубопровода, м;

                     EК,EЗ,EОК – коэффициенты местных сопротивлений

       (соответственно  колена, задвижки, обратного клапана),

                     принимаем   EК = 0,4; EЗ = 0,12; EОК = 8.