Транспортирование воды

ВВЕДЕНИЕ

 

Курсовой проект по дисциплине «Транспортирование воды» состоит  из двух разделов: водоснабжение и  водоотведение. В первом разделе  решаются задачи по обеспечению населения  качественной водой для хозяйственно-питьевых нужд в любое время суток. Во втором разделе предусматривается отвод сточных вод с населенного пункта на очистные сооружения.

Главными вопросами при проектировании водопроводных сетей являются:

  • кольцевание сети;
  • определение расходов;
  • подбор наивыгоднейших диаметров труб, оптимального напора и т.п.;
  • выбор материала труб.

В данном курсовом проекте  показан расчет сетей системы  водоснабжения для населенного  пункта с двумя районами и промышленным предприятием. Система водоснабжения  – из поверхностного источника. Гидравлический расчет производится с целью определения экономики наивыгоднейших диаметров водопроводной сети и потерь напора в них. В водопроводных сетях выбраны чугунные трубы. Профиль и деталировка сделаны для первого кольца. Средняя глубина залегания грунтовых вод -  10 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

Исходные данные

Номер варианта

6

1. Месторасположение  города, область

Иркутск

2. Плотность населения, Iр-н/ IIр-н чел/га

210/230

3. Степень благоустройства Iр-н/ IIр-н

ЦГВ/АСГВ

4. Наименование предприятий

Чугунный 

5. Количество смен

3

6. Объем выпускаемой  продукции в сутки/ мак. смену

100/50

7. Общее кол-во работающих  на предприятий

В холодных цехах по сменам:

I – с 8 до 16 час.

200

II – с 16 до 24 час

160

III– с 0 до 8 час

80

В горяч. цехах по сменам:

I – с 8 до 16 час.

280

II – с 16 до 24 час.

100

III– с 0 до 8 час

100

8. Количество рабочих  пользующихся душем, %

30

9. Средняя глубина  залегания грунтовых вод, м

6


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

 

Системы водоснабжения  должны надежно снабжать всех потребителей водой надлежащего качества в заданном количестве и под необходимым напором при наименьших затратах на строительство и эксплуатацию сооружений.

Факторами, определяющими  вид схемы водоснабжения, являются: тип используемого источника  и качество воды в нем, вид потребителей и требований, предъявляемых ими к воде, рельеф местности, размещение потребителей на плане, размеры водопотребления, наличие естественных и искусственных препятствий возведению водопроводных сооружений, мощность водоисточника и его удаленность.

По выбранной схеме  окончательно проектируют и рассчитывают все устройства системы водоснабжения.

В данном курсовом проекте  рассматривается схема водоснабжения  города при использовании поверхностных  вод, она включает в себя следующие  основные сооружения: водоприемное устройство; насосную станцию первого подъема, предназначенную для подачи воды на очистную станцию, где производится требуемая водообработка; резервуары чистой воды (РЧВ) для хранения запасов воды, учитывающих неравномерность поступления и забора воды из резервуара, собственные нужды очистной станции, противопожарные нужды, при определенных условиях - и аварийные возможные ситуации; насосную станцию второго подъема, подающую воду потребителям; водоводы, по которым транспортируют воду от насосной станции к объекту водоснабжения; водонапорную башню или другое напорное устройство - заземление или пневматические резервуары, в которых хранится регулирующий и противопожарный запасы воды (они одновременно создают и поддерживают в сети необходимые напоры); водопроводную сеть, состоящую из магистралей и разводящей сети, которые предназначены соответственно для транспортирования воды и распределения ее между отдельными потребителями.

 

 

 

II РАСЧЕТ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ ГОРОДА

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ

2.1 Определение расходов на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта

 

Для определения расчетных расходов необходимо знать количество жителей  в данном городе. Находится по формуле (2.1):

 

N=F·ρ, чел                                                        (2.1)

 

где   F-площадь данного района;

ρ- плотность населения.

Расчеты сведены в  таблице 1.

Таблица 1 - Таблица определения числа жителей

 

№ р-на

Плотность Р, чел/га

Площадь F, га

Число жителей Nж, чел

I

210

163,24

34280

II

230

174,85

40215

Итого:

440

338,09

74495


 

N= 163,24*210=34280 чел в первом районе

 

N= 174,85*230=40215 чел во втором районе

 

В данном проекте общее количество жителей получилось равным 29696 человек.

Нормы хозяйственно-питьевого  водопотребления в населенных пунктах принимают в зависимости от степени оснащения зданий санитарно-гигиеническим оборудованием. Эти нормы предусматривают водопотребление только в жилых домах и общественных зданиях. Они принимаются по СНиП 2.04.02-84в зависимости от степени благоустройства населенного пункта, которая дана в задании (n1= 150, n2= 100);

Среднесуточный расход воды определяется по формуле (2.2):

 

Qсут cр  =  qж · N /1000, м3 /сут                                      (2.2)

 

где N-количество жителей в населенном пункте.

Максимальный и минимальный суточный расходы воды определяются по формулам (2.3), (2.4):

 

Qmaxсут = Кmax сут ·Qcут, м3/сут                                         (2.3)

 

Qmin сут = Кmin сут · Qcут , м3/сут                                        (2.4)

 

где Кmaxсут, Кminсут – коэффициент суточной неравномерности водопотребления максимальный и минимальный соответственно.

 

Qmax час =Кчас ·Qсут/24, м3/час                                         (2.5)

 

Qmin час = Кчас ·Qсут/24, м3/час                                         (2.6)

 

Кmax час = αmax·βmax                                                                           (2.7)

 

Kmin час = αmin·βmin                                                                             (2.8)

 

где  α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы промышленных предприятий;

β – коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимаемый по таблице 2 СНиП в зависимости от числа жителей.

Секундные расходы определяются по формулам (2.9), (2.10):

 

qmax с= Qчас/3,6, л/сек                                                 (2.9)

 

qmin с = Qчас/3,6, л/сек                                               (2.10)

 

Данные расчетов хозяйственно - питьевых нужд приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Определение расходов воды на хозяйственно - питьевые нужды населенного пункта

 

№ района

Норма водопотребления qж, л/сут 1 чел

Коэффициенты

Суточные расхода воды,л/сут

Часовые расходы воды м3/ч

Секундные расходы, л/с

Ксут max

β max

 α max

Кч max

Qср. сут, м3/сут 

Qср. max м3/сут

Qср. min, м3/сут 

qч max, м3/ч

qч min, м3/ч

qc max, л/с

qc min, л/с

Ксут min

β min

α min

Кч min

1

250

1,1

0,96

1,2

1,152

5142

5636,2

3599,4

10,3

50,6

2,8

14,05

0,7

0,59

0,4

0,236

2

200

1,3

1,17

1,4

1,638

4021,5

5228

3619,3

274,5

56,3

76,25

15,6

0,9

0,6

0,56

0,336


 

 

 

2.2 Расчет на нужды местной промышленности и на неучтенные расходы

Согласно пункту СНиП 2.1 расход воды на неучтенные нужды составил

10-20% от расходов воды  на хоз-питьевые нужды, соответственно  каждый час суток расхода на неучтенные нужды определится по формуле (2.11):

 

Q н.р=(0.1 ¸ 0.2)·Q сут, м3/ч                                     (2.11)

 

Q 1н.р=0,1·5636,2=563,62 м3/ч

 

Q 2н.р=0.1·5228=522,8 м3/ч

2.3 Определение расхода воды на полив

 

Нормы расхода воды на полив принимают в зависимости от поливаемой площади и характеристики полива. В данном проекте отсутствуют данные о поливаемых площадях, расход воды на полив определяют по формуле (2.12):

 

Qпол=N ·qп /1000,  м3/сут                                          (2.12)

 

где N – число жителей в городе;

qп – удельный среднесуточный расход воды на полив в расчете на одного жителя (50-90 л/сут) согласно п. 2.3 /1/. Принимаем 50 литров в сутки на человека.

 

Q пол 1=34280·50/1000=1714 м3/сут

 

Q пол 2=40215·50/1000=2010,75 м3/сут

 

Расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте складывается из расхода на тушение пожара в самом нас. пункте и расходов воды на пожаротушение  внутри зданий, оборудованных пожарными кранами по формуле (2.13):

 

Qпож = nн × qн    +   nв × qв, л/сут                                (2.13)

 

где nв – количество внутренних пожаров;

nн – количество наружных пожаров;

qв, qн – норма расходов воды (л/сут) на один пожар на тушение внутреннего и наружного пожара соответственно.

 

Qпож =2·35+1·2,5=75 л/сут

 

Данные величины принимаются для  наружного пожаротушения по табл.5 СНиПа; для внутреннего по табл. 1.2 СНиП 4.01-414-2006* «Внутренний водопровод и канализация здания». Для данного проекта на один внутренний пожар принимаем 2,5 литра.

 

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА РЕГУЛИРУЕМЫХ ЕМКОСТЕЙ И НАЗНАЧЕНИЕ НАСОСОВ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ВТОРОГО ПОДЪЕМА

 

3.1 Назначение  режима работы насосов насосной  станции 2 подъема

 

На ступенчатом графике  водопотребления насосной станции 2 подъема назначается  неравномерно с учетом графика водопотребления в несколько ступеней от 2-х до 6, с таким расчетом, чтобы объем бака водонапорной башни был минимальный при оптимальном режиме работы насосов.

Определение числа насосов (N) на насосной станции 2 подъема можно производить по формуле (3.1):

 

N=                                           (3.1)

 где Рн.с2. – производительность насосной станции 2 подъема;

%min – минимальный процент по табл. 5 столбец 11(=3,05).

Можно задаться производительностью  насосной станции II подъёма на 0,1-0,15% меньше.

Рн.с.2=%max-(0.1-0.2)                                          (3.2)

Рн.с.2=4,96-0,1=4,86%

N=4,86/3,05≈2 насоса

К1 – коэффициент определенный по табл. 4.

Таблица 4 - Определения коэффициента параллельности К1.

 

№

Число работающих насосов (n)

 

1

2

3

4

5

6

1

-

-

-

-

-

-

2

1,2

1

-

-

-

-

3

1,3

1,18

1

-

-

-

4

1,35

1,2

1,12

1

-

-

5

1,4

1,23

1,15

1,08

1

-

6

1,45

1,3

1,2

1,1

1,05

1


 

 

 

 

 

 

 

Производительность одного насоса определяется по формуле (3.2):

 

Р=                                                         (3.2)

 

где N – общее число работающих насосов на насосной станции 2 подъема.

Производительность нескольких насосов 2, 3…n определяется по формуле (3.3):

 

Р1=                                                         (3.3)

 

где n – число работающих насосов.

 

Pmax=Q%max-(0.15÷0.2)=Pнс

 

                                                Pmax=5,85-0,2=5,63

 

По данным расчетов N=2

Производительность насосов:

 

Р1=5,63·1,2/2=3,4;

                                                   Р2=5,63;

где Кn-коэффициент параллельности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Определение емкости водонапорной башни

 

Таблица 5  –  Определение  емкости водонапорной башни

 

Часы суток

Водопотребление городом,%

Подача н.с.IIп.

Приток в РЧВ

Расход из РЧВ,

Остаток в РЧВ,

%

%

%

%

1

2

3

4

5

6

0-1

3,1

3,1

  

1,07

   2,07

1-2

3,05

3,05

  

1,12

0,95 

2-3

3,05

3,05

  

1,12

-0,17 

3-4

3,2

3,2

  

0,97

-1,14 

4-5

2,5

2,5

  

1,67

-2,81 

5-6

3,2

3,2

  

0,97

-3,78 

6-7

4,5

4,5

0,34

  

-3,44

7-8

5,3

5,3

1,14

  

-2,3

8-9

4,5

4,5

0,34

  

-1,96

9-10

4,3

4,3

0,14

  

-1,82

10-11

4,4

4,4

0,23

  

-1,59

11-12

4,9

4,9

0,73

  

-0,86

12-13

4,7

4,7

0,53

  

-0,33

13-14

4,5

4,5

0,33

  

0

14-15

4,3

4,3

0,13

  

0,13

15-16

4,4

4,4

0,23

  

0,36

16-17

4,8

4,8

0,63

  

0,99

17-18

5,8

5,8

1,63

  

2,62

18-19

5,2

5,2

1,03

  

3,65

19-20

4,4

4,4

0,23

  

3,88

20-21

5

5

0,84

  

4,72

21-22

4,4

4,4

0,24

  

4,96

22-23

3,4

3,4

  

0,76

4,2 

23-24

3,1

3,1

  

1,06

3,14 

Итого

100

100

8,74

8,74

  

 

 

 

 

Определение объема бака водонапорной башни:

Wб=Wрег+Wпож,м3 (3.4)

Wрег =

,м3(3.5)

 

Wпож=((qнар.п+qвн.п).10.60)/1000,м3  (3.6)

 где qнар.п,qвн.п – расход воды в л/с на наружное и внутреннее пожаротушение, принимается

ΣQгор– суммарный расход воды в целом по городу (гр.10 таблицы )максимальный суточный (25220,1м3/ч)

А% - наибольший остаток в баке, %

W рег=5,24·16028,76/100=840 м3

 Т.к. водонапорная башня ставиться в конце сети, мы уменьшаем её емкость на 30%.

 

W рег=839,9-30%=588 м3

 

Wпож= (*35*2,5)*3600/1000=22,5 м3

 

Wобпож= 588+22,5=610,5 м3

Вместимость типовых  бесшатровых водонапорных башен принимаем 800 м3.

Высота столба воды в баке:

Нвыс.бака=0,7D                                                    (3.7)

D=1,22

                                                 (3.8)

где D – диаметр бака, м

Wтиппол – типовая емкость бака, принятая при расчете, м3

D=1,22

м

Нвыс.бака=0,7*11,3=7,93 м

Строительная высота  бака равна:

 

Нстр=Нв+(0,5-1), м              (3.9)

Нстр=7,93+0,5=8,43м

 

 

 

 

 

 

3.3 Определение объема резервуаров чистой воды

Таблица 5  –  Определение  емкости РЧВ

 

Часы суток

Водопровод города

Подача н.с.IIп.

Приток в РЧВ

Расход из РЧВ,

Остаток в РЧВ,

%

%

%

%

1

2

3

4

5

6

0-1

4,17

3,1

  

1,07

2,07

1-2

4,17

3,05

  

1,12

0,95

2-3

4,17

3,05

  

1,12

-0,17

3-4

4,17

3,2

  

0,97

-1,14

4-5

4,17

2,5

  

1,67

-2,81

5-6

4,17

3,2

  

0,97

-3,78

6-7

4,16

4,5

0,34

  

-3,44

7-8

4,16

5,3

1,14

  

-2,3

8-9

4,16

4,5

0,34

  

-1,96

9-10

4,16

4,3

0,14

  

-1,82

10-11

4,17

4,4

0,23

  

-1,59

11-12

4,17

4,9

0,73

  

-0,86

12-13

4,17

4,7

0,53

  

-0,33

13-14

4,17

4,5

0,33

  

0

14-15

4,17

4,3

0,13

  

0,13

15-16

4,17

4,4

0,23

  

0,36

16-17

4,17

4,8

0,63

  

0,99

17-18

4,17

5,8

1,63

  

2,62

18-19

4,17

5,2

1,03

  

3,65

19-20

4,17

4,4

0,23

  

3,88

20-21

4,16

5

0,84

  

4,72

21-22

4,16

4,4

0,24

  

4,96

22-23

4,16

3,4

  

0,76

4,2

23-24

4,16

3,1

  

1,06

3,14

Итого

100

100

8,74

8,74

  

 

Полная емкость резервуаров  чистой воды определяется как сумма  аккумулирующего объема (Wper), объема для хранения неприкосновенного противопожарного запаса (Wпож) и запаса на собственные нужды очистной станции (Wс.н.)

Wполн= Wper + Wпож+ Wс.н., м3                         (3.10)

Wрег =Б %·ΣQгор/100%, м3                         (3.11)

где Б % - максимальное значение остатка в графе 6 табл. 5.

Противопожарный запас рассчитывается на 3 часа.

 

Wпож = , м3          (3.12)

 

 где hн, hвн, gн, gвн – количество одновременных наружных и внутренних пожаров и соответственно расход воды на 1 пожар

Wхоз – наибольший трехчасовой хозяйственный запас воды,(=3593,96м3/ч)

Wс.н. – объем воды на собственные нужды, который принимается как (3+4)% от расхода воды в сутки максимального водопотребления (=756,6)

Q1 – трехчасовая производительность первого насоса (4,17%)

Q1=

                                                   (3.13)

Wрег=4,96·16028,76/100=785,41 м3

Q1=4,17*16028,76/100=668,4

Wпож=

м3

Wполн= 785,41+ 1760,96+ 756,6=3302,97 м3

 

Общее количество Р.Ч.В. в одном узле должно быть не менее двух. При выключении одного резервуара в остальных должно храниться не менее 50 % полного объема (W пол).

После вычисления полного  объема Р.Ч.В. и базируясь на требовании п.12 /1/ назначают количество типовых  резервуаров, емкость которых находится в пределах: 1000, 2000, 3000, 6000, 10000, 20000 м3.Выбираем 2 резервуара емкостью 3000 м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ТРАССИРОВКА ВОДОВОДОВ И ЛИНИЙ КОЛЬЦЕВОЙ СЕТИ. ПОДГОТОВКА СЕТИ К ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ РАСЧЕТУ

4.1 Подготовка сети к гидравлическому расчету

Определяем суммы длин водопроводной сети для каждого района по генплану.

Σl1р=6820 м

Σl1р=3685 м

Сумма длин линий по районам  должна составлять общую сумму длин водопроводной сети города:

Σ l= Σ lIp+Σ lIip, м (4.1)

Σ l=6820+3685=10225м

 

При расчете водопроводной  сети предполагается, что расход воды для промышленного предприятия подается сосредоточено, а для  хозяйственно -питьевых целей города равномерно по длине магистральных линий. Равномерно распределенный удельный расход определяется по формуле (4.1): qуд =åqгор/åL, л/с·м                                            (4.1)

Определение путевых  и узловых расходов по водопотреблению

qуд1=Ʃqгор/L1=112,56/6530=0,0172   

qуд2=Ʃqгор/L2=141,39/3695=0,0382                                                                                                                                                                                     

Ʃqгор=Qc +Qпут     

Это расход, приходящийся на 1м длины трубопровода

где åqгор - сумма расхода воды по городу в час максимального водопотребления без учета расхода воды для пром. предприятия;

åL- общая длина всех магистральных линий водопроводной кольцевой сети города.

Путевой расход, то есть суммарная  отдача воды с каждого участка  сети определяется по формуле (4.2):

Qпут = qуд · l,  л / с                                             (4.2)

где l - длина расчетного участка.

Узловой расход определяется по формуле (4.3):

Qузл =0,5·åQпут , л/с                                               (4.3)

Таким образом, так как выше приведенные  формулы связаны друг с другом,  можно произвести замену путевых расходов на узловые, при этом расход воды на расчетных участках сети не изменяется и выполняется следующее равенство: åQпут = å Qузл.

Результаты вычислений приведены в таблице 7,8.

Таблица 7 –  Определение путевых и узловых расходов  для водопотребления

 

№ участков

длина участка,м 

удельный расход, л/см

путевой расход,мл/с

№ узла

№участков

 путевой расход

узловой расход

1

1-2

775

0,0172

13,36

1

1-2 

13,36

9,83

2

2-3

635

0,0172

10,95

  

1-9

6,3

3

3-5

595

0,0172

10,26

2

02.мар

10,95

12,155

4

4-5

440

0,0172

7,59

  

1-2

13,36

5

5-6

400

0,0172

6,807

3

2-3 

10,95

10,605

6

6-7

450

0,0172

7,76

  

3-5 

10,26

7

7-8

440

0,0172

7,59

4

4-5 

7,59

10,1775

8

8-9

245

0,0172

4,231

  

4-14

12,765

9

8-10

115

0,0172

1,99

5

4-5 

7,59

16,1635

10

9-1

365

0,0172

6,3

  

5-6

6,807

11

10-11

220

0,0172

3,8

  

5-3

10,26

12

  

220

0,0382

8,412

  

5-13

7,67

13

11-12

220

0,0172

3,8

6

5-6 

6,807

7,2835

14

  

220

0,0382

8,412

  

6-7

7,76

15

12-13

445

0,0172

7,67

7

6-7 

7,56

7,675

16

13-5

445

0,0172

7,67

  

7-8

7,59

17

12-16

400

0,0382

15,28

8

7-8 

7,59

6,9055

18

4-14

740

0,0172

12,765

  

8-9

4,231

19

14-15

600

0,0382

22,92

  

8-10

1,99