Расчет водопроводных сетей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ                     ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ПЕНЗЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АРХИТЕКТУРЫ И  СТРОИТЕЛЬСТВА»

 

Институт инженерной экологии

 

Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и гидротехника»

 

 

 

 

^{ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА}

 

к курсовому  проекту

 

 

по дисциплине: «Информационные модели инженерных сетей»

 

на тему: «Расчет водопроводных сетей»

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор: Мисилин Д.Г. группа ИСТ-51

Специальность: 230201

Руководитель: Таубе Е.П. _________________________

Проект защищен ________________________________

Оценка _________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пенза 2012

           

Введение

 

Система водоснабжения населенного  пункта состоит из водозаборных и  очистных сооружений, насосных станций, водопроводов, регулирующих емкостей и водопроводных сетей.

Водопроводные сети могут быть:

- кольцевые;

- магистральные;

- распределительные;

- тупиковые;

- внешние и внутренние.

В работе выполнен расчет водопроводной кольцевой сети.

Водопроводная сеть – это участки трубопроводов, по которым осуществляется подача воды каждому потребителю.

Гидравлический расчет (определение  самого выгодного диаметра труб) выполняется для водоводов и магистральных сетей. Наименьший диаметр труб принимается не менее 100 мм.

Для правильного выбора всех сооружений системы водоснабжения должна быть решена комплексная задача совместной работы сетей, насосных станций, водоводов и регулирующих емкостей.

Расчет системы водоснабжения  начинают с расчета водопроводных  сетей. Именно сети диктуют режим  работы всей системы, как в количественном, так и в энергетическом отношении.

В населенном пункте устраивается объединенная хозяйственнопитьевая,  противопожарная сеть.

Сети по напорам делятся на сети высокого и низкого давления.

В сетях низкого давления напор  должен быть  не менее 10 и не более  60 метров. В населенном пункте устраивается сеть низкого давления; если же некоторые высотные здания требуют повышенного давления, то устанавливаются насосы подкачки, повышающие давление до необходимой величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет водопроводной сети города

 

При расчете выявляют всех потребителей воды из данной сети. Сетей может  быть несколько, количество сетей определяется количеством подаваемой воды.  Например, хозяйственно-питьевые, противопожарные, сети технической воды. При экономическом обосновании сети можно объединить, например, воду высокой степени очистки на нужды пожаротушения и полива.

В населенном пункте вода расходуется следующими потребителями:

- население

- полив

- промышленные предприятия.

 

1.1. Определение расходов воды

в час максимального  водопотребления

 

Расчет суточных расходов:

При проектировании водоснабжения населенного пункта удельное среднесуточное водопотребление за год на хозяйственно-питьевые нужды населения принимаем по таблице 1 СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» или по методическим указаниям приложение 1, учитывая степень благоустройства районов населенного пункта.

 

        Среднесуточный  расход в м³/сут.:

                                        ,

 где N - количество жителей

        q - удельное среднесуточное водопотребление

    к_н.н. -10-20% от суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды, принимаем 1,1.

 

I-ый район

    Степень благоустройства зданий первого района I, принимаем q=200 л/сут.

, количество жителей 9200 чел. (по заданию).

 

.

 

II-ый район

     Степень благоустройства зданий второго района II, принимаем q=300л/сут.

количество жителей 18300 чел.

 

.

 

 

 

Вода  в течение суток и года может  потребляться равномерно и неравномерно. Если вода потребляется неравномерно, то для определения максимальных и минимальных суточных расходов, среднесуточный расход умножается на соответствующий коэффициент.

 

Q_сут.max=Q_сут.m∙ К_сут.max

Q_сут.max=Q_сут.m∙ К_сут.min

 

Коэффициенты  суточной  неравномерности К_сут.max и К_сут.min учитывают уклад жизни населения, режим работы предприятий и т.д. [3].

 

К_сут.max=1,3-1,1              чем больше вероятность равномерного                      

К_сут.min=0,7-0,9                использования воды, тем ближе коэффициенты

                                        суточной  неравномерности к 1.

 

 

I район:    

Q_{сут m max}=2024∙1,25=2530

Q_{сут m min}=2024∙0,85=1720,4

 

II район:    

Q_{сут m max}=6588∙1,2=7905,6

Q_{сут m min}=6588∙0,8=5270,4

 

Общее I и II района:

Q_{сут m max}=2530+7905,6=10435,6

Q_{сут m min}=1720,4+5270,4=6990,8

  

В течение дня вода также тратиться  неравномерно и для грамотного расчета  сетей важно выявить часы максимальной  и минимальной нагрузки системы. Расчётные часовые  расходы в м³/ч определяются:

К_{ч max}=α_max ∙β_max,

К_{ч min}=α_min ∙β_min,

где a_max,min - коэффициенты, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемые α_max=1,2-1,4;

α_min=0,6-0,4;

       β_max, _min- коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимаемый по прил. 3 МУ.

 

I район:     α_max=1,35   β_max=1,3

                    α_min=0,45     β_min=0,4

 

                                     

К_{ч max}=α_max ∙β_max=1,35∙1,3=1,69

К_{ч min}=α_min ∙β_min=0,45∙0,4=0,18

 

 

 .

 

 

II район:      α_max=1,35      β_max=1,2

                   α_min=0,45      β_min=0,5

                       

К_{ч max}=α_max ∙β_max=1,35∙1,2=1,62

К_{ч min}=α_min ∙β_min=0,45∙0,5=0,225

 

 

.

 

Суммарные расходы I и II района:

q_{ч max}=178,15+533,6=711,72

q_{ч min}=12,9+49,4=62,3.

 

Расчётно-секундный  расходы в л/сек :

 

I район:

q_{сек max}=178,15/3,6=49,4861

q_{сек min}=12,9/3,6=3,6

 

II район:

q_{сек max}=533,6/3,6=148,22

q_{сек min}=49,4/3,6=13,7

 

Суммарные расходы I и II района:

q_{сек max}=49,4861+148,22=197,7061

q_{сек min}=3,6+13,7=17,3.

 

1.2. Расходы воды на полив

 

Определяем  по генплану площадь города S в м²:

 

S=64+106=170 га.

Механизированный полив осуществляется на территории равной 7% (по заданию) от площади города с нормой 1,2-1,5 л/м² (прил. 2 МУ).

 

Полив в ручную осуществляется на территории равной 5% (по заданию) от площади города с нормой 3-4 л/м² (прил. 2 МУ).

 

 га

S_р=8,5 га.

 

Принимаем норму для механизированного полива 1,4 л/м², тогда расход воды в м³/сут.:

Q_м= 12*10000*1,4=16,8*1000 [л/м2]=168 [м3/га]

Принимаем норму для механизированного полива 4 л/м², тогда расход воды в м³/сут.:

Q_р =8,5*10000*4=34[л/м2]=340[м3/га]

 

2. Гидравлический расчет водопроводной кольцевой сети

в час максимального водопотребления

 

Расчет водопроводных  сетей заключается в установлении оптимальных, т.е. экономически выгодных параметров, достаточных для пропуска расчетных расходов воды и в определении потерь напора. В населенном пункте подача воды некоторым потребителям осуществляется сосредоточенно, например на промпредприятии.

 

2.1. Расчет длин магистралей

 

При определении рассредоточенных расходов условно считается, что  вода подается потребителям равномерно по всей длине магистральных линий.

 

Рисунок 1 - Расчетные схема

 

 

Таблица 1

Определение расчётной длины

№ района	Участок	L фактическая	L расчетная
I	2’-2 2-3 3-4 4-5 5-6 4-10 6-10	400 700 200 650 350 350 650	400 700 200 650 350 350 325 ∑=2925
II	2’-1 1-11 11-9 10-9 9-8 8-7 6-7 6-10	150 400 400 350 400 450 600 650	150 400 400 350 325 0 450 325 ∑=2400

 

Расход воды, приходящийся на единицу  длины магистральных линии, называется удельным

                                                  ,

где - сумма расчетных длин магистральных участков

  q_расч. -  расход в расчетный час, л/с, принимаем q^I_расч=49,5; q^II_расч=148,2

 

q^I_уд=49,5/2925=0,0169

q^II_уд=148,2/2400=0,0617

 

2.2. Расчет путевых и узловых расходов

 

Путевой расход – это количество воды, разбираемой на данном участке.

q_пут(m-n)= q_уд ∙l_{расч(m-n)}

Для удобства расчета считается, что расходование воды происходит не по пути участка, а  в узлах. Расход в узле принимается равным полусумме расходов принимающих участков.

q_узл=1/2∙

 

 

 

 

 

Таблица 2

Определение путевых и узловых  расходов

№уз	Уч-ки прилиг. к узлу	qуд	Длина участка	qпут	Узловой отбор	Сосред. расход	Узловой расход
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)
1	1-2’ 2’-2 1-11	0,0617 0,0169 0,0617	150 400 400	16,015 24,68	8,0075 12,34	- -	20,3475
2	2-3 2’-2 1-2’	0,0169 0,0169 0,0617	700 400 150	11.83 16,015	5,915 8,0075	- - -	13,9225
3	2-3 3-4	0,0169 0,0169	700 200	11,83 3,38	5,915 1,69	- -	7,605
4	3-4 4-5 4-10	0,0169 0,0169 0,0169	200 650 350	3,38 10,14 5,915	1,69 5,07 2,9575	- -	9,7175
5	4-5 5-6	0,0169 0,0169	650 350	10,24 5,915	5,07 2,9575	25	33,0275
6	5-6 6-10 6-7	0,0169 0,04 0,0617	350 650 450	5,915 25,545 27,765	2,9574 12,7725 12,8825	- -	29,6125
7	6-7 7-8	0,0617 0,0617	450 0	27,765 0	12,8825 0	40	53,9
8	8-9 7-8	0,0617 0,0617	325 0	20,0525 0	10,0263 0	-	10,0263
9	9-8 9-10 9-11	0,0617 0,0617 0,0617	325 350 400	20,0525 21,595 24,68	10,0263 10,7975 12,34	- -	33,1638
10	4-10 6-10 9-10	0,0169 0,04 0,0617	350 650 350	5,915 25,595 21,595	2,9575 12,7725 10,7975	- -	26,5275
11	9-11 1-11	0,0617 0,0617	400 400	24,68 24,68	12,34 12,34	-	24,68
							∑=262,4

 

       Результаты расчета наносим на расчетную схему, на которой выполняется предварительное потоко-распределение. Оно выполняется на основании I закона Кирхгофа: «Баланс расходов в узле должен быть равен нулю» или сумма притекающих расходов к узлу равна сумме расходов вытекающих из узла.

При потокораспределении выбирается диктующая точка (самая удаленная и неудобная от места подачи) и направление потоков назначается к ней. На рисунке показано потокораспределение в час максимального водопотребления.

 

Рисунок 2 - Схема предварительного потокораспределения (без пожара)

 

 

      По результатам потокораспределения выбирается оптимальный диаметр труб [1] на каждом участке. Принимаем пластиковые трубы. Для расходов в час максимального водопотребления допустимые скорости   0,7-1,8  м/с.  При пожаре скорость может повышаться до 2,5 м/с.

    По результатам потокораспределения выбирается оптимальный диаметр труб на каждом участке.

     Выбор диаметра труб удобно выполнять в табличной форме (минимально допустимый диаметр 100 мм.)

     Таблица 3

Выбор оптимального диаметра труб

№ участка	Час max водопотребления			Пожар в час max водопотребления
	qmax	Диаметр	Скорость	q пожар	ύ движ.
1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10     9-11 1-11 4-10 6-10	107,4 93,5 85,9 13 5 19,6 48,5 58,5 31,7     60 84,7 63,9 5	315 280 280 225 110 160 225 280 225     280 280 280 110	1,62 1,77 1,64 0,416 0,79 1,45 1,56 1,12 1,01     1,14 1,6 1,22 0,79	120,7 106,8 99,2 38 5 19,6 73,5 83,5 20     96,7 121,4 51,5 5	1,82 2,03 1,89 1,22 0,79 1,45 2,35 1,59 0,64     1,84 2,3 0,98 0,79

 

2.3. Увязка методом Лобачева-Кросса

Гидравлический  расчет выполнен  см. табл. прил.

 

3. Пьезометрический расчет водопроводной сети

Для пьезометрического  расчета сети нам понадобятся  результаты гидравлического расчета, а именно потери напора на каждом участке. По карте города определяем отметки в узлах, т.к. надо определить пьезометрический напор. Также понадобятся данные об этажности застройки районов для определения свободного напора.

Результаты пьезометрического  расчета наносятся на схему окончательного потокораспределения в следующем порядке:

 

                                                  ___q_узл—Z_n ___

                                                  П_n—H_фак—H_св     , 

 

где П_n  - пьезометрический напор, м

   H_фак - фактический напор, м

  H_св    - свободный напор, м

       Z_n- отметки земли, м

H_св=10+(n-1)∙4

где n – количество этажей.

      Отметки узлов и свободный напор в каждом узле:

Z₁=159,000                                                   Н_св1=34

Z₂=143,000                                                     Н_св2=26

Z₃=138,000                                                     Н_св3=26

Z₄=142,000                                                     Н_св4=26

Z₅=140,500                                                     Н_св5= 26

Z₆=152,000                                                     Н_св6=34

Z₇=156,000                                                     Н_св7= 34

Z₈=160,500                                                     Н_св8=34

Z₉=161,000                                                     Н_св9=34

Z₁₀=154,000                                                    Н_св9=34

Z₁₁=159,000                                                   Н_св9=34                                            

     Расчет начинаем с расчета пьезометрического напора в диктующей точке, которая выбирается исходя из отметок узлов и свободного напора в каждом узле. Выбирается самая высокая по уровню точка и самой большой этажностью застройки районов.

    Выбираем диктующей точкой узел 6.

 

 

 

 

П_д.т.=Z_n- H_свn

 

П_д.т(6)=Z₆+ Н_св6=152+34=186 (м)

Н_ф=П₆-Z₆=186-152=34 (м)

 

 

Наносим все полученные данные на схему сети.

 

Рисунок 3 - Схема окончательного потокораспределения

 

 

 

 

5. Гидравлический расчет водопроводной кольцевой сети

при пожаре в час максимального водопотребления

 

Пожар в час максимального водопотребления-второй расчетный случай.

Для расчета необходимо знать количество одновременных пожаров в городе, которое определяется по плотности населения. В данном случае имеем 27500 человек. По таблице 5 в СНиП или прил. 4 МУ по численности населения находим, что одновременных пожаров 3 и расход на тушение каждого равен 40 л/с. Т.к. у нас есть диктующая точка и мы примем, что пожар в ней будет не только внешний, но и внутренний. Поэтому на пожар в ней мы примем 25 л/с. Подача воды в сеть данном случае тоже увеличиться. Все изменения и потоко-распределение для этого расчетного случая отобразим на схеме 4. Места пожаров отмечены флажками.

Рисунок 4 - Схема предварительного потокораспределения во время пожара

 

Рисунок 5 - Схема окончательного потокораспределения во время пожара

 

Расчет производится до тех пор, пока потери напора Dh в кольце не будут меньше или равны 1 м, а по контору 1,5 м.

Сеть увязалась на 3 исправлении.

 

 

Полученные  данные мы используем для пьезометрического расчета сетей для расчетного случая «пожар в час максимального водопотребления».

 

 

6. Литература

 

1. Ф.А. Шевелев, А.Ф. Шевелев, «Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: справочное пособие». 6 издание; дополненное и переизданное – М.: Стройиздат, 1984.-116с.

2. СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» М.: 1985, 131с.

3. Проектирование  водопроводной сети города. Методические  указания. Пенза. 2007.