Учебное пособие: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Гидравлика и противопожарное водоснабжение"

Кокшетауское высшее техническое училище

Комитета Республики Казахстан по чрезвычайным ситуациям

Методические указания

к выполнению курсовой работы по дисциплине

"Гидравлика и противопожарное водоснабжение"

Для слушателей очного и заочного обучения .

Кокшетау-1998 г.

В соответствий с учебной программой каждый слушатель КВТУ К РК ЧС должен выполнить курсовую работу по предмету "Гидравлика и противопожарное водоснабжение ".

Задачей курсовой работы является закрепление знаний в области противопожарного водоснабжения. В процессе выполнения курсовой работы слушатель должен получить полное представление об устройстве всей системы водоснабжения , определить расчетные расходы воды , произвести гидравлический расчет водопровода , запасных и регулирующих емкостей , насосных станций.

1. Задание на курсовую работу.

Исходные данные для расчета и проектирования системы противопожарного водоснабжения населенного пункта и промышленного предприятия выбираются согласно двух последних цифр номера зачетной книжки слушателя из таблицы 1.0. и таблицы 1.0.1. Кроме того , слушателю выдается схема водопроводной сети населенного пункта . Схема выполнения в определенном масштабе , что позволяет определить длину всех участков водопроводной сети .

Отчетный материал.

Курсовая работа выполняется в виде расчетно-пояснительной записки и графического приложения .

Расчетно-пояснительная записка должна быть написана на одной стороне листа писчей бумаги (11 формат) чернилами или пастой (шариковой ручкой) синего , фиолетового или черного цвета с соблюдением следующих размеров полей: левое -не менее 30 мм ,правое -не менее 10 мм, верхнее -не менее 15 мм, нижнее -20 мм . Страницы нумеруются арабскими цифрами. Титульный лист включают в общую нумерацию страниц работы. На титульном листе номер не ставят, на последующих страницах номер проставляют в правом верхнем углу. Разделы должны иметь порядковую нумерацию в пределах всей курсовой работы и обозначаться цифрами с точкой в конце. Введение не нумеруются. Подразделы нумеруются в пределах каждого раздела, например, "2.3"(третий подраздел второго раздела). Пункты нумеруют в пределах каждого подраздела, например, "1.1.2"(второй пункт первого подраздела первого раздела).

Иллюстраций обозначаются словом "рис." с последующим названием и нумеруются последовательно арабскими цифрами в пределах раздела, например, "рис.2.3"(третий рисунок второго раздела). Таблицы нумеруются последовательно в пределах раздела. В правом верхнем углу таблицы над соответствующим заголовком помещают надпись "таблица" с указанием номера раздела и порядкового номера таблицы, например, "таблица 1.2"(вторая таблица первого раздела). При переносе таблицы на другой лист (страницу) над другими ее частями пишут "Продолжение табл.1.2".

Пояснительная записка должна включать следующее:

-исходные данные для проектирования;

-содержание;

-введение;

1.Описание принятой схемы водоснабжения.

2.Определение водопотребителей и расчет потребного расхода воды на хозяйственно-питьевые ,производственные и пожарные нужды поселка и предприятия.

2.1.Определение водопотребителей.

2.2.Расчет требуемого расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

2.3.Определение расчетных расходов воды на пожаротушения.

3.Гидравлический расчет водопроводной сети поселка.

4.Гидравлический расчет внутренних водопроводов.

5.Определение режима работы НС-2

6.Гидравлический расчет водоводов.

7.Расчет водонапорной башни.

7.1.Определение высоты водонапорной башни.

7.2.Определение емкости бака водонапорной башни. Выбор типового проекта бака водонапорной башни по каталогу.

8.Расчет резервуаров чистой воды.

9.Расчет и подбор насосов для насосной станций второго подъема.

-список использованной литературы .

На титульном листе указывается название учебного заведения, кафедры, дисциплины, по которой выполняется курсовая работа. Указывается специальное звание, фамилия, имя, отчество, номер зачетной книжки и адрес места жительства слушателя. В нижней части титульного листа пишется год выполнения работы.

Содержание включает наименование всех разделов , подразделов с указанием номеров страниц.

Введение курсовой работы должно содержать оценку современного состояния систем водоснабжения и перспективу их развития.

Список литературы должен содержать перечень использованной литературы при выполнении курсовой работы.

По тексту пояснительной записки должны быть показаны: расчетные схемы водопроводной сети поселка с указанием всех необходимых величин, схема водонапорной башни с разводкой труб, разрез резервуара чистой воды с устройствами для сохранения неприкосновенного пожарного запаса и разводкой труб. Схемы водонапорной башни и разрез резервуара чистой воды выполняются в соответствующем масштабе на отдельных листах формата 11 с обязательным указанием размеров, полученных в результате расчетов.

Графическая часть работы выполняется на листе чертежной бумаги формата 24 (594´841). На чертеже необходимо изобразить план и разрезы насосной станций 2 подъема, узел насосной станций - камеру переключения(только план) с резервуарами чистой воды. Количество, тип и марка насосов, все размеры должны соответствовать расчету. Графическое изображение, обозначения, шрифт должны соответствовать требованиям ЕСКД. Чертежи рекомендуется выполнять в "карандаше" и в масштабе. Чертежи должны иметь рамку и в правом углу штамп основной надпись.

При выполнении курсовой работы рекомендуется пользоваться настоящими методическими указаниями, а также литературой, указанной в списке.

Получив задание и выбрав согласно номеру зачетной книжки исходные данные , слушатель знакомиться с материалами, выясняют содержание и объем курсовой работы, изучает литературу и приступает к выполнению курсовой работы.

Исходные данные по населенному пункту. Таблица 1.0.

Исходные данные по промышленному

предприятию.

Таблица 1.0.1.

1.1. Описание принятой схемы водоснабжения.

По заданию предлагается схема объединенного хозяйственно-питьевого, производственного и противопожарного водопровода низкого давления поселка и предприятия (рис. 1.1) с забором воды из реки. В начале магистральной сети установлена водонапорная башня.

Здесь же необходимо описать назначение и расположение водонапорной башни, резервуаров чистой воды, насосов насосной станций 2 подъема, водоводов, магистральных сетей, привести технико-экономическое обоснования.

1.2 Определение водопотребителей и расчет потребного расхода воды на хозяйственно-питьевые, производственные и пожарные нужды поселка и предприятия.

1.2.1Определение водопотребителей.

При проектировании водопроводов в первую очередь следует определить то количество воды, которое водопровод должен подать.

Подача объединенного водопровода должна обеспечить: хозяйственно-питьевые нужды в жилых зданиях; водопотребление в общественных зданиях; расход воды на поливку улиц и зеленых насаждении; на работу фонтанов и т.п., хозяйственно-питьевое потребление на предприятиях; водопотребление на промышленные нужды предприятии; расход воды на цели пожаротушения в поселке и на промышленном предприятии.

1.2.2 Расчет потребного расхода воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды.

Нормы водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды для населенных пунктов определяются по СНиП 2.04.02-84 п. 2.1, табл. 1, примечание 4 и зависят от степени благоустройства районов жилой застройки.

Расчетный (средний за год) суточный расход воды Q_{сут.мах,} м³ /сут. на хозяйственно-питьевые нужды определяется по формуле

Q_{сут.мах} =S( q_ж N_ж ) / 1000, где

q_ж -удельное водопотребление на одного жителя, принимаемое по табл. 1 СНиП 2.04.02-84;

N_ж -расчетное число жителей.

Суточный расход с учетом водопотребления на нужды промышленности, обеспечивающей население продуктами, и неучтенные расходы увеличивается на 10-20 % ( п. 2.1 примечание 4) [3]

Qсут.м =( 1,1- 1,3 ) Qсут.м

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления Q_{сут.мах,} м³ /сут определяется по формуле

Q_{сут.мах} = Ксут.мах Q , где

Ксут.мах -коэффициент суточной неравномерности водопотребления и определяется по п. 2.2 [3]

Ксут.мах = 1,1 ¸ 1,3

Ксут.мах учитывает уклад жизни населения , режим работы предприятии, степень благоустройства здании, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели.

Для здании , оборудованных внутренним водопроводом , канализацией и централизованным горячим водоснабжением, следует принимать Ксут.мах = 1,1;

-для здании, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и ванными с местными водонагревателями Ксут.мах = 1,2 ;

-для здании, оборудованных внутренним водопроводом и канализацией без ванн, Ксут.мах = 1,3 .

Расчетный часовой расход воды q_ч.мах определяется по формуле

q_ч.мах = К_ч.мах Q_{сут.мах} / 24 , где

К_ч.мах -коэффициент часовой неравномерности водопотребления определяется из выражения

К_ч.мах = a_мах b_мах , где

a_мах -коэффициент, учитывающий степень благоустройства здании, режим работы предприятий и другие местные условия, принимается по п. 2.2 [3]

-для здании, оборудованных внутренним водопроводом и канализацией без ванн, следует принимать a_мах = 1,4;

-для здании, оборудованных внутренним водопроводом , канализацией и ванными с местными водонагревателями, a_мах = 1,3;

-для здании, оборудованных внутренним водопроводом , канализацией и централизованным горячим водоснабжением, a_мах = 1,2.

b_мах - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте, принимается по таблице 2 п. 2.2 [3]

К_ч.мах рассчитывается, а затем принимается ближайший табличный по приложению 1 данных указаний.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды в общественных зданиях зависит от назначения здания и определяется по формуле

Q_об.зд. = q_об.зд. N_из. / 1000 , где

q_об.зд. -норма расхода воды потребителями в сутки для общественных здании принимается по приложению 3 [4]

N_из. -количество измерителей. ( по заданию )

Общий расход воды по поселку

S Q = Q_{сут.мах} + Q_об.зд.

Расчетные величины хозяйственно-питьевого водопотребления в производственных и вспомогательных зданиях промышленных предприятии определяется по формулам:

водопотребление в смену Q

Q ^. = ( q N_см ) / 1000 , где

q -норма водопотребления на одного человека в смену, принимается согласно п.2.4 [3] и приложения 3 [4] ;

N_см. -количество работающих в смену ( по заданию );

суточное водопотребление Q

Q = Q n_см. , где

n_см. - количество смен ( по заданию ).

Количество воды на пользование душем в бытовых помещениях промышленных предприятии определяется по формулам:

водопотребление в смену Q

Q = 0,5 t N_с , где

t = 1ч -продолжительность действия душа после смены ( приложения 3 [4] )

0,5 м³ /_ч -норма расхода воды через одну душевую сетку (приложения 3 [4] )

N_с -количество душевых сеток, шт.

N_с =N / 5 , где

N -количество рабочих, принимающих душ после смены ( по заданию )

Под одной душевой сеткой в течение часа, исходя из санитарных норм, моется 5 человек ;

суточное водопотребление на душ Q

Q = Q n_см. , где

n_см. -количество смен ( по заданию )

Расход воды на производственные нужды предприятия принимается по заданию Q , который распределяется равномерно по часам смены ( семичасовая смена с перерывом на обед один час, в течение которого производство не останавливается ).

Принимается работа семичасовых смен :

с 8 до 16 ч - первая смена;

с 16 до 24 ч -вторая смена;

с 24 до 8 ч -третья смена.

Часовой расход воды

q = Q / t_см = Q / 8

Суточное водопотребления на производственные нужды

Q = Q n_см.

Суммарный расход воды по предприятию за сутки

S Q = Q + Q + Q

Общий расход воды по поселку и предприятию за сутки

S Q = SQ + SQ

Для определения режима работы насосных станций, емкости баков водонапорных башен и резервуаров чистой воды составляется таблица почасового суточного водопотребления и строится график водопотребления по часам суток.

Пример .

Определить хозяйственно-питьевое и производственное водопотребление в системе водоснабжения, обслуживающий населенный пункт и предприятие.

Число жителей в населенном пункте 1000 человек. Здания оборудованы внутренним водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения. Застройка здании в 3 этажей.

В населенном пункте имеется гостиница с общими ваннами и душевыми объемом более 25000 м³ на 300 мест, здание гостиницы трехэтажное. Магистральная водопроводная сеть и водоводы проложены из стальных труб. Длина водоводов от НС - 2 до водонапорной башни i_вод = 1000 м.

Промышленное предприятие по пожарной опасности относится к категории В, два производственных корпуса 2 степени огнестойкости - один объемом 20тыс м³ ,другой объемом 40тыс. м³ , ширина здании более 60 м, площадь территории предприятия до 150 га. Предприятие работает в три смены, количество рабочих в каждой смене N_см =100 человек. Расход воды на производственные нужды Q = 400 м³ /смену. Душ принимает 70 % рабочих в смену.

Генплан водопроводной сети приведен на рис. 1.1.

2.1.Определние водопотребителей.

Объединенной хозяйственно-питьевой, производственный и противопожарный водопровод должен обеспечить расход воды на хозяйственно-питьевые нужды поселка, хозяйственно-питьевые нужды предприятия, хозяйственно-питьевые нужды общественных здании, производственные нужды предприятия, тушение возможных пожаров в поселке и на предприятии.

2.2.Расчет требуемых расходов воды для поселка и предприятия.

Определение водопотребления начинаем с поселка, поскольку он является основным потребителем.

Поселок . В соответствии с п.2.1. табл.1 [3] норму водопотребления на одного человека принимаем 300 л/сут.

Суточный расход

Q_сут.м = S( q_ж N_ж ) / 1000 = 300 _* 10000 / 1000 = 3000 м³ /сут.

Суточный расход с учетом примечания 4 п.2.1.[3]

Q = 1,2 Q_сут.м = 1,2 _* 3000= 3600 м³ /сут.

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления

Q_{сут.мах} = К_{сут.мах} Q =1,1_* 3600=3960 м³ /сут.

согласно п.2.2 [3] , принимаем К_{сут.мах} =1,1.

Расчетный часовой максимальный расход воды

q_ч.мах =(К_ч.мах Q_{сут.мах} ) / 24

Максимальный коэффициент часовой неравномерности водопотребления

К_ч.мах = a_мах b_мах

принимаем по п.2.2 и табл.2 [3] a_мах = 1,2, b_мах = 2, тогда

К_ч.мах = 1,2 _* 2= 2,4

По приложению 1 данных указаний принимаем К_ч.мах = 2,5

q_ч.мах = 2,5 _* 3960 / 24 = 412,5 м³ /ч.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды гостиницы

Q_гост. = q_мест N_мест / 1000 =120 _* 300 / 1000 =36 м³ /сут.

q_мест = 120 л/сут (приложение 3 [4] )

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления для гостиницы принимаем по приложению 1 данных указании.

Суммарный расход воды по поселку

Q = Q_{сут.мах} + Q_гост = 3960 + 36 = 3996 м³ /сут.

Предприятие . В соответствии п.2.4 [3], приложения 3 [4] и согласно задания, норму водопотребления на хозяйственно- питьевые нужды на одного человека в смену принимаем q = 25 л/см.чел.

Рис.1.1. Расчетная схема хозяйственно-противопожарного водопровода поселка и предприятия.

21 L=1000 20 19 11

L=1500

22 L=1500

L=1500

L=2000 20

L=500 L=1000 L=500

9

22 21

8 6

23 7 5 23 4 3

6

2

1 -Водоприемники

2 -Самотечные линий

3 -Насосная станция 1подъема

4 -Очистные сооружения

5 -Камера переключения

6 -Резервуары чистой воды

7 -Насосная станция 2 подъема

8 -Водоводы

9 -Водонапорная башня

10 -Водопроводная сеть поселка

11 -Предприятие

Водопотребление в смену

Q = q N_см /1000 =25 _* 100 / 1000= 2,5 м³ /см

Суточное водопотребление

Q = Q n_см =2,5 _* 3= 7,5 м³ /сут.

Расход воды на душевые в смену Q = 0,5 t N_с

Количество душевых сеток

N_с = N / 5 = N_см 70% / 5 _* 100% = 100 _* 70 / 5 _* 100 = 14шт.

Q = 0,5 _* 1_* 14 = 7 м³ /см

в сутки

Q = Q _* n_см = 7 _* 3 = 21 м³ /сут.

Расход воды на производственные нужды в смену Q = 400 м³ /см (по заданию ) , в час q

q = Q /t_см = 400 / 8 = 50 м³ /см

Суточное водопотребление на производственные нужды

Q = Q n_см = 400 _* 3 = 1200 м³ /сут.

Таким образом, расчетный суточный расход воды по предприятию составит

S Q = Q + Q + Q = 21+7,5+1200 = 1228,5 м³ /сут.

Суммарный расход воды за сутки по поселку и предприятию равен

SQ =SQ + SQ = 3996 + 1228,5 = 5224,5 м³ /сут.

Составляем таблицу суммарного водопотребления по часам суток (табл.1.1)

Пояснение к табл. 1.1

В графе 1 приведены часовые промежутки от 0 до 24 ч.

В графе 2 -расход воды поселком по часам суток в процентах от суточного водопотребления согласно приложению 1 при К_ч = 2,5

В графе 3-расход воды поселком на хозяйственно-питьевые нужды за каждый час суток в м³ (например , с 10 до 11 ч расходуется 4,1% от

Q_сут = 3960 _* 4,1% /100% = 162,36 м³ /ч )

В графе 4-расход воды на хозяйственно-питьевые нужды общественного здания (в нашем примере -гостиница) по часам суток в процентах от суточного расхода. Распределение расходов по часам суток принято по приложению 1 при

К_ч =2,5.

Водопотребление по часам суток в поселке и на промышленном предприятии

Таблица 1.1

В графе 5-количество воды в м³ , расходуемое гостиницей на хозяйственно-питьевые нужды за каждый час суток (например, с 10 до 11ч расходуется 6% суточного расхода гостиницы

36 _* 6% / 100% = 2,16 м³ /ч)

В графе 6- расход на хозяйственно-питьевые нужды предприятия по часам смены в процентах от сменного расхода. Распределение расходов по часам смены принято по приложению 1 при К_ч =3

В табл. 1.1 дано распределение расходов на хозяйственно-питьевые нужды предприятия для трехсменной работы.

Для двухсменной работы в графе 6 с 0 до 1ч записывается 12,5% от Q_см , с 1 до 9ч -прочерки и с 9ч записываются % как в табл.1.1

В графе 7-количество воды в м³ , расходуемое предприятием на хозяйственно-питьевые нужды за каждый час смены (например, с 10 до 11ч расходуется 6,25% сменного расхода предприятия

2,5 _* 6,25% / 100% = 0,16 м³ /ч)

В графе 8-расход воды на работу душа , который учитывается в течение часа после работы каждой смены (например, первая смена заканчивается в 16ч, душ работает с 16 до 17ч ).

В графе 9-расход воды на производственные нужды, равномерно распределен по часам смены ( Q =400 м³ , продолжительность смены 8ч).

В графе 10-сумма расходов всех потребителей в определенный час суток в м³ ( например, с 8 до 9ч расходуется

S Q = q +q +q +q_душ +q =348,48+2,88+0,31+7+50=408,67 м³ /ч)

В графе 11-сумма расходов всех потребителей в определенный час суток в процентах от суммарного суточного расхода , например, суммарный суточный расход 5206 м³ , а суммарный расход с 8 до 9ч - 408,67 что составляет

408,67 _* 100% / 5206 = 7,82 %

При составлении таблицы необходимо для контроля суммировать графы, например, сумма графы 3 должна быть равна Q и т.д.

Из табл.1.1 видно , что по поселку и предприятию наибольшее водопотребление происходит с 16 до 17ч, в это время на все нужды расходуется 471,13 м³ /ч или

Q_пос.пр = 471,13 _* 1000 / 3600 = 130,87 л/с

По предприятию расчетный расход

Q_пр =(0,31 + 7 + 50 ) _* 1000 / 3600 = 15,92 л/с

Расчетный расход общественного здания (гостиницы )

Q_об.зд. = 1,98 _* 1000 / 3600 = 0,55 л/с

Собственно поселок расходует

Q = Q_пос.пр - Q_пр - Q_об.зд. = 130,87 - 15,92 - 0,55 = 114,4 л/с

По данным графы 11 табл.1.1 строим график водопотребления объединенного водопровода по часам суток

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Часы суток

Рис. 1.2. График водопотребления

2.3 Определение расчетных расходов воды на пожаротушения .

Расчетные расходы воды для наружного пожаротушения в населенных пунктах и на промышленных предприятиях определяются по СНиП2.04.02-84, п.п. 2.12-2.23, а для внутреннего пожаротушения по СНиП2.04.01-85, п.п.6.1- 6.6.

В населенных пунктах число одновременных пожаров и расход воды на один пожар зависят от количества жителей и этажности застройки.

На промышленных предприятиях число одновременных пожаров зависит от площади территории предприятии, а расчетный расход воды на наружное пожаротушение - от степени огнестойкости здании, категории производства по пожаро - и взрывоопасности, объема здании, наличия фонарей, ширины здания, наличия автоматических установок пожаротушения.

Расчетное количество одновременных пожаров для объединенных водопроводов, обслуживающих населенные пункты и промышленные предприятия, зависит от площади территории предприятия и количества жителей в населенном пункте ( п.2.23 [3] ).

Расчетные расходы воды для внутреннего пожаротушения и расчетное количество струй в населенных пунктах зависит от назначения здания, высоты (этажности), объема, а на промышленных предприятиях от степени огнестойкости здании, категории производства по пожарной опасности , объема здании.

Определим расчетные расходы воды для пожаротушения по данным приведенного примера.

Так как водопровод в поселке проектируется объединенным, то согласно СНиП 2.04.02-84 , п.2.23 при количестве жителей 30000 человек принимаем два одновременных пожара (п.2.12, табл. 5 [3] ) при трехэтажной застройке с расходом воды 15 л/с на один пожар

Q = 2 _* 15 = 30 л/с

Расход воды на внутреннее пожаротушения в поселке при наличии гостиницы, здание трехэтажное объемом более 25000 м³ , согласно СНиП 2.04.01-85, п.6.1 табл. 1 принимаем две струй производительностью 2,5 л/с каждая

Q = 2 _* 2,5 = 5л/с

Согласно СНиП 2.04.02-84, п.2.22 на предприятии принимаем один пожар, так как площадь предприятия менее 150 га.

Согласно п.2.14, табл.7, примечание 1 [3], расчетный расход воды для здания объемом 20тыс. м³ Q =20л/с, а для здании объемом 40тыс. м³

Q = 20л/с. Таким образом,

Q = 20 +20 = 40л/с

Согласно СНиП 2.04.01-85, п.6.1 табл.2 расчетный расход воды на внутреннее пожаротушения в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета двух струй производительностью 5л/с каждая, тогда

Q = 2_* 2_* 5 =20л/с

Таким образом

Q = Q +Q =30 + 5= 35л/с

Q = Q + Q = 40 +20= 60л/с

Q < Q ,

поэтому согласно п.2.23 СНиП2.04.02-84, расход воды на цели пожаротушения в поселке и на предприятии определяем как сумму расхода воды на предприятии и 50% расхода в поселке

Q_{пож.рас} = Q + 0,5 Q = 60 + 0,5 _* 35 = 77,5л/с

При определении расчетных расходов воды на цели пожаротушения необходимо внимательно изучить п.2.23 СНиП2.04.02-84.

3. Гидравлический расчет водопроводной сети.

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется два раза - при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (в обычное время) и при пожаре . Цель гидравлического расчета -определить потери напора в сети в этих двух случаях.

Гидравлический расчет сети выполняется в следующей последовательности:

1)определяется равномерно распределенный расход вычитанием суммы сосредоточенных расходов из общего расхода в час максимального водопотребления

Q = Q_пос.пр - _{сосред.} = Q_пос.пр - Q_пр - Q_об.зд ,

где : n -количество сосредоточенных отборов воды;

2) определяется удельный расход воды q_уд. , т.е. равномерно распределенный расход, приходящийся на единицу длины водопроводной сети

q_уд. = Q / ,

где L_j -длина участка; m -количество участков; j -номер участка;

3)определяется равномерно распределенные расходы по длине участков (путевые отборы)

Q_пут.j = q_уд L_j ;

4)определяется узловые расходы воды, которыми заменяются путевые отборы

q_узл = 0,5 (åQ_пут.j ),

где åQ_пут.j -сумма путевых отборов на участках, прилегающих к данному узлу;

5)к узловым расходам добавляются сосредоточенные расходы, а при пожаре к одному из узловых расходов добавляется еще расход воды на пожаротушения;

6)выполняется предварительное распределение расходов по участкам сети. При распределении для каждого узла должно выполнятся следующее условие (первый закон Кирхгофа):

сумма расходов воды , подходящих к каждому узлу, равна сумме расходов воды, выходящих из узла. Распределение расходов можно начинать от диктующей точки, т.е. конечной точки подачи воды, а можно от начальной точки, т.е. точки подвода воды в сеть (см . 2.1).

Перед распределением расходов необходимо наметить направление потоков воды в сети от точки ввода воды в сеть до диктующей точки. Предварительное распределение выполняется при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении и при пожаре;

7)определяется диаметры труб участков сети по предварительно распределенным расходам при пожаре и значению экономического фактора с использованием таблиц предельных экономических расходов [5] (приложения2). Экономический фактор учитывает стоимость электроэнергии , КПД насосных установок, стоимость строительства водопроводной сети и сооружении и т.п.

Значения экономического фактора указаны в табл. 3.1

Таблица 3.1.

Предельным расходом для данного диаметра труб является такой расход, при котором этот диаметр экономический равноценен следующему сортаментному диаметру. При расходе , превышающем предельный, следует принимать следующий сортаментный диаметр.

Предельные экономические расходы для труб из стали, чугуна, асбестоцемента и пластмассы при указанных значениях экономического фактора Э приведены в приложений 2 данной методички;

8)выполняется увязка сети.

Для каждого кольца выбирается условно положительные направления, например, направления движения по часовой стрелке. Если направление движения потока воды на участке совпадает с условно положительным направлением, то потери напора Dh на этом участке считаются положительными, а если не совпадают, то отрицательными (рис.2.1.). Увязать сеть -значить добиться выполнения следующих соотношении :

_j =0 -для узлов (первый закон Кирхгофа ).

_i =0 -для колец ( второй закон Кирхгофа ).

где, n -количество участков в кольце;

m -количество расходов, подходящих к узлу и отходящих от него.

Первое соотношение (для узлов) для найденных расходов воды должно соблюдаться, т.к. оно использовалось при предварительном распределении расходов по участкам.

+h₄

-h₁ +h₃

Рис.3.1. Кольцевая

водопроводная сеть

-h₂

Выполнения второго соотношения (для колец) добиваются увязкой водопроводной сети.

Для кольца (рис. 2.1) можно записать

₁ = Dh , т.е. h₃ + h₄ - h₁ - h₂ = Dh

Величина Dh называется невязкой.

Если сумма условно положительных потерь напора больше суммы условно отрицательных потерь напора, то Dh >0. Значить , чтобы уменьшить величину Dh ( приблизить ее к нулю), необходимо расходы на участках с условно положительными потерями напора уменьшить, а на участках с условно отрицательными потерями напора увеличить на величину некоторого поправочного расхода.

Если Dh< 0, то, наоборот, расходы на участках с условно положительными потерями напора надо увеличить, а на участках с условно отрицательными потерями напора уменьшить на величину поправочного расхода. Увязка сети (введение поправочного расхода) продолжается до тех пор, пока не будет выполняться соотношение

Dh Dh_доп.­ , где

Dh_доп -допустимая величина невязки. Можно принять Dh_доп 1 м.

Если сеть состоит из нескольких колец, то необходимо добиваться выполнения указанного соотношения для каждого кольца.

Потери напора h на участке следует определять по формулам

h= i _* i i = ( l / d_p ) _* ( J / 2q ), где

i -гидравлический уклон, т.е. потери напора на единицу длины трубопровода;

i -длина трубопровода, м;

l -коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле

l = А₁ (А₀ + С/ J)^m / d^m _p

d_р -расчетный внутренний диаметр труб, м;

J -средняя по сечению скорость движения воды, м/с;

q -ускорения свободного падения, м/с²

Значения показателя степени m и коэффициентов А₀ , А₁ и С для стальных, чугунных, железобетонных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных труб должны приниматься по приложению 10 [3].

Расчетные внутренние диаметры труб приведены в приложений 2. Расчетные внутренние диаметры железобетонных труб на основании ГОСТ12586-74, ГОСТ16953-78 следует принимать равными диаметрам условных проходов.

Поправочный расход Dq для кольца можно определить по формуле

Dq = Dh / 2( ⁱ ) , где

h_i - потери напора на участке;

q_i - расход воды по участку;

n - количество участков в кольце.

Для каждого кольца получается своя величина поправочного расхода. Если участок сети является общим для двух колец, то поправочный расход на таком участке определяется как сумма поправочных расходов (с учетом их знаков) для каждого кольца.

3.1.Пример гидравлического расчета водопроводной сети.

Расчетная схема водопроводной сети показано на рис.2.2. В первом разделе для приведенного примера общий расход воды в час максимального водопотребления составляет 130,87 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен 15,92 л/с, а сосредоточенный расход общественного здания равен 0,55 л/с.

Q_об.зд. =0,55л/с Q_пр. =15,92л/с

L=1000м L=1500м

L=1500м L=2000м L=1500м

L=500м L=1000м L=500м

130,87л/с

Рис.3.2.Схема водопроводной сети.

1.Определяем равномерно распределенный расход

Q =Q_пос.пр - (Q_пр + Q_об.зд ) = 130,87 - (15,92 + 0,55) = 114,4 л/с

2.Определим удельный расход

q_уд. = Q / _j ; _j = i_1-2 + i_2-3 + i_3-4 +i_4-5 +i_5-6 +i_6-7 +i_7-1 +i_7-4 = 500+1500+1000+1500+500+1000+2000 =9500 м.

q_уд. = 114,4 / 9500 = 0,012 л/(с_* м);

3.Определим путевые отборы

Q_пут.j = i_{j *} q_уд.

Результаты приведены в табл.3.2.

Путевые расходы. Таблица 3.2

4.Определим узловые расходы

q₁ = 0,5(Q_пут.1-2 + Q_пут.7-1 ) = 0,5(6,02+12,04)= 9,03 л/с

q₂ = 0,5(Q_пут.2-3 + Q_пут.2-1 ) = 0,5(18,06+6,02)= 12,04 л/с

q₃ = 0,5(Q_пут.2-3 + Q_пут.3-4 ) = 0,5(18,06+12,04)= 15,05 л/с

q₄ = 0,5(Q_пут.3-4 + Q_пут.4-5 +Q_4-7 ) = 0,5(12,04+18,06+24,08)= 27,09 л/с

q₅ = 0,5(Q_пут.4-5 + Q_пут.5-6 ) = 0,5(18,06+18,06)= 18,06 л/с

q₆ = 0,5(Q_пут.5-6 + Q_пут.6-7 ) = 0,5(18,06+6,02)= 12,04 л/с

q₇ = 0,5(Q_пут.6-7 + Q_пут.7-1 +Q_7-4 ) = 0,5(6,02+12,04+24,08)= 21,07 л/с

Узловые расходы Таблица 3.3.

5.Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы.

К узловому расходу в точке 5 добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точке 3 сосредоточенный расход общественного здания ( вместо точки 3 можно взять любую другую ). Тогда

q₅ = 18,06 + 15,92 = 33,98 л/с;

q₃ = 15,05 + 0,55 = 15,6 л/с

С учетом сосредоточенных расходов åq_узл. = 130,87 л/с

Величины узловых расходов показаны на рис.3.3

q₃ =15,6л/с q₄ =27,09л/с q₅ =33,98л/с

3 4 5

1 2

q₂ =12,04л/с q₁ =9,03л/с q₇ =21,07л/с q₆ =12,04л/с

2 1 7 6

130,87л/с

Рис.3.3.Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами.

6.Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети.

Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара).

Выберем диктующую точку, т.е. конечную точку подачи воды. В данном примере за диктующую точку примем точку 5. Предварительно наметим направления движения воды от точки 1 к точке 5 (рис.3.3). Потоки воды могут подойти к точке 5 по трем направлениям:

первое 1 - 2 - 3 - 4 - 5

второе 1 - 7 - 4 - 5

третье 1 - 7 - 6 - 5

Для узла 1 должно выполняться соотношение

q₁ + q_1-2 + q_1-7 =Q_пос.пр.

Величины q₁ = 9,03 л/с и Q_пос.пр = 114,4 л/с известны, а q_1-2 и q_1-7 неизвестны.

Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q_1-2 =40 л/с

Тогда

q_1-7 = Q_пос.пр - (q₁ + q_1-2 ) = 114,4 - (9,03 + 40) = 81,84 л/с

Для точки 7 должно соблюдаться следующее соотношение

q_1-7 = q₇ + q_7-4 + q_7-6

Значение q_1-7 = 81,84 л/с и q₇ = 21,07 л/с известны, а q_7-4 и q_7-6 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем например, q_7-4 =25 л/с. Тогда

q_7-6 = q_1-7 - (q₇ + q_7-4 ) = 81,84 - ( 21,07 + 25) = 35,77 л/с

Расходы воды по другим участкам сети можно определять из следующих соотношении:

q_2-3 = q_1-2 - q₂ = 40 - 12,04 = 27,96 л/с;

q_3-4­ = q_2-3 - q₃ = 27,96 - 15,6 = 12,36 л/с;

q_4-5 = q_7-4 + q_3-4 - q₄ = 25 + 12,36 - 27,09 = 10,27 л/с;

q_6-5 = q_7-6 - q₆ = 35,77 - 12,04 = 23,73 л/с;

Проверка

q₅ = q_4-5 + q_6-5 = 10,27 + 23,73 = 34 л/с ;

Можно начинать предварительно распределять расходы с узла 5, а не с узла 1. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показана на рис.3.4.

При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушения при максимальном часовом расходе воды на другие нужды за исключением расходов воды на промышленном предприятии на душ, поливку территории и т.п. (п.2.21. СНиП2.04.02-84), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления.

15,6 27,09 34

1000; 125; 12,36 1500; 125; 10,27

3 4 5

1500; 200; 27,96 2000; 175; 25

2

1 1500; 175; 23,73

12,04 9,03 21,07 12,04

2

500; 200; 40 1 1000; 300; 81,84 7 500; 200; 35,77 6

130,87л/с Ключ: L,м; d,мм; q,л/с

Рис.3.4. Расчетная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при хозяйственно-производственном водопотреблении.

Для водопроводной сети, показанной на рис.3.2, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 5, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие и которая является наиболее удаленной от места ввода (от точки 1), т.е.

q = q₅ + Q_{пож.рас.} - q_душ.

q = 15,92 + 77,5 - 1,94 = 93,42 л/с

Гидравлический расчет сети при пожаре

Q = Q + Q_{пож.рас.} ;

Q = 130,87 +77,5 =208,37 л/с

Так, как Q ¹ Q , то узловые расходы при пожаре будут другие, чем в час максимального водопотребления без пожара.

Определим узловые расходы так, как это делалось без пожара.

Равномерно распределенный расход поселка будет равен

Q = Q - (Q + Q_об.зд. + Q_{пож.рас.} ) =208,37 - (15,92 + 0,55 +77,5) =114,4 л/с

Добавим к узловому расходу в точке 5 сосредоточенный расход предприятия

q = 93,42 + 18,06 = 111,5 л/с

Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети.

Q = q₁ + q_1-2 + q_1-7 ; Задаемся произвольно q_1-2 = 60 л/с;

q_1-7 = Q - (q₁ + q_1-2 ) = 208,37 - ( 9,03 + 60 ) = 139,34 л/с;

q_1-7 = q₇ + q_7-4 - q_7-6 ; Задаемся произвольно q_7-4 = 40 л/с;

q_7-6 = q_1-7 - (q₇ + q_7-4 ) = 139,34 - ( 21,07 + 40 ) = 78,27 л/с ;

q_2-3 = q_1-2 - q₂ = 60 - 12,04 = 47, 96 л/с ;

q_3-4 = q_2-3 - q₃ = 47,96 - 15,6 = 32,96 л/с ;

q_4-5 = q_7-4 + q_3-4 - q₄ = 40 + 32,96 - 27,09 = 45,27 л/с ;

q_6-5 = q_7-6 - q­₆ = 78,27 - 12,04 = 66,23 л/с ;

Проверка

q₅ = q_4-5 + q_6-5 = 45,27 + 66,23 = 111,5 л/с ;

Расчетная схема водопроводной сети с узловыми и предварительно распределенными расходами при пожаре показано на рис.3.5

Рис.3.5.

15,06 27,09 111,5

1000; 200; 32,36 1500; 250; 45,27

3 4 5

1500; 250; 47,26 2000; 200; 40

1 2 1500; 300; 66,23

12,04 9,03 21,07 12,04

2 500; 250; 60 1 1000; 400; 139,34 7 500; 300; 78,27 6

208,37л/с

7.Определим диаметры труб участков сети. Для стальных труб Э = 1.

По экономическому фактору и предварительно распределенным расходам воды по участкам сети при пожаре по приложению 2 определяются диаметры труб участков водопроводной сети:

q_1-2 = 0,25 м; q_3-4 = 0,2 м; q_5-6 = 0,3 м; q_4-7 = 0,2 м;

q_2-3 = 0,25 м; q_4-5 = 0,25 м; q_6-7 = 0,3 м; q_1-7 = 0,4 м;

Соответствующие расчетные внутренние диаметры определяются по ГОСТ539-89 и равны (приложение 2).

q_1-2 = 0,260 м; q_3-4 = 0,209 м; q_5-6 = 0,311 м; q_4-7 = 0,209 м;

q_2-3 = 0,260 м; q_4-5 = 0,260 м; q_6-7 = 0,311 м; q_1-7 = 0,412 м;

Обычно рекомендуют определять диаметры по предварительно распределенным расходам без учета расхода воды на пожаротушения, а затем проверять водопроводную сеть с найденным таким образом диаметрами на возможность пропуска расходов воды при пожаре. При этом в соответствии с п.2.30 [3] максимальный свободный напор в сети объединенного водопровода не должен превышать 60м. Если в нашем примере определять диаметры по предварительным расходам при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (т.е. без учета расхода воды на пожаротушения), то как показывает расчеты при этих диаметрах потери напора в сети при пожаре более 60м. Это объясняется тем, что для сравнительно небольших населенных пунктов соотношение расходов воды по участкам водопроводной сети при пожаре и при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении довольно большое.

Поэтому диаметры труб некоторых участков следует увеличить и заново выполнить гидравлический расчет сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении и при пожаре. В связи вышеизложенным и для упрощения в курсовой работе допускается определять диаметры участков сети по предварительным расходам при пожаре.

8.Выполняем увязку водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.

При увязке потери напора в стальных трубах следует определять по формуле

h = 10^-3 [(1+3,51/J)^0,19 _* 0,561J² /d ] _* i

Увязку удобно выполнять в виде таблицы (табл.3.4). Увязка сети без использования компьютера продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1м.

Пояснение к табл.3.4.

В графе 1 приведены количество колец водопроводной сети;

В графе 2 приведены участок водопроводной сети;

В графе 3 -расход воды по участкам сети в л/с;

В графе 4 -расчетный внутренний диаметр труб по участкам сети согласно приложению 2 данной методички в м.

В графе 5 -длина участка сети по заданию.

В графе 6 -приведены средняя скорость воды по участкам сети (например, для участка 1-2, чтобы определить среднюю скорость, определяем сперва площадь живого сечения труб по формуле

w = pd² /4 = 0,785d²

w = 0,785 _* 0,260² = 0,053

Средняя скорость движения потока определяется по формуле

J_ср =q/w = 40/0,053 _* 1000 = 0,755 м/с.)

В графе 7 -определяем гидравлическое сопротивление по формуле

(1+3,51/ J)^0,19 _* 0,561J²

Например, для участка 1-2 (1+3,51/0,755)^0,19 _* 0,561_* 0,755² = 0,449

В графе 8 -приведены внутренний диаметр труб (например, для участка 1-2 d = 0,260^1,19 = 0,201м.)

В графе 9 -приведены потери напора на единицу длины трубопровода ("гидравлический уклон") i с учетом гидравлического сопротивления, определяемый по формуле, например, для участка 1-2

i = (1+3,51/J)^0,19 _* 0,561J² / d = 0,449/0,201 = 2,23

В графе 10 -приведены потери напора по участкам сети, определяемый по формуле h = i _* i , где i -длина участка (например, для участка 1-2

h = 2,23_* 10^-3 _* 500 = 1,12 м).

В графе 11¸17-первое исправление, величина Dh -это невязка, Dq -поправочный расход для кольца, который можно определить по формуле

Dq = Dh / 2( ) ,

где h -потери напора на участке; q -расход воды по участку.

Следует иметь в виду, что для участка 4-7 (рис.3.4; 3.5), который является общим для обоих колец, вводятся две поправки -из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять.

Потоки воды от точки 1 к точке 5 (диктующей точке), как видно по направлениям стрелок на рис.3.4, могут пойти по трем направлениям:

первое -1-2-3-4-5,

второе -1-7-4-5,

третье -1-7-6-5.

Средние потери напора в сети можно определить по формуле

h_с = (h₁ + h₂ + h₃ )/3,

где h₁ = h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 + h_4-5 ;

h₂ = h_1-7 + h_7-4 + h_4-5 ;

h₃ = h_1-7 + h_7-6 + h_6-5 ;

Потери напора в сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении

h₁ = 1,06 + 1,63 + 0,64 + 0,09 = 3,42м;

h₂ = 1 + 1,84 + 0,09 = 2,93м;

h₃ = 1 + 0,7 + 1,29 = 2,99м;

h_с = (3,42 + 2,93 + 2,99) / 3 = 9,34 / 3 = 3,11м.

Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении на рис.3.6.

Увязка водопроводной сети при пожаре.

Предварительное распределение расходов воды по участкам водопроводной сети при пожаре выполнено в пункте 6 раздела 3.1. Расчетная схема показана на рис.3.5.

Увязка сети при пожаре выполняется так же, как это было сделано при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.

15,6 27,09 34

1000; 200; 11,31 1500; 250; 5,8

3 0,64; 0,34 4 0,09; 0,1 5

1500; 250; 27,16 2000; 200; 13,6

1,63; 0,51 1,84; 0,4

2

1 1500; 300; 38,13

1,29; 0,5

12,04 9,03 21,07 12,04

2 500; 250; 39,1 1 1000; 400; 86,84 7 500; 300; 50,17 6

1,06; 0,74 1,0; 0,65 0,7; 0,66

130,87 L,м; d,мм; q,л/с

Ключ h,м; J,м/с

Рис.3.6.Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при хозяйственно-производственном водопотреблении .

15,06 27,09 111,5

1000; 200; 30,59 1500; 250; 24,92

3 4 5

3,87; 0,89 1,41; 0,47

1500; 250; 45,49 2000; 200; 27,86

4,1; 0,85 6,72; 0,82

1 2 1500; 300; 83,26

5,2; 1,09

12,04 9,03 21,07 12,04

2 500; 250; 58,23 1 1000; 400; 141,11 7 500; 300; 95,3 6

2,13; 1,09 2,4; 1,06 L,м; d,мм; q,л/с 2,25; 1,25

208,37 h,м; J, м/с

Рис.3.7.Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при пожаре.

Определяем средние потери в сети по формуле:

h_с = (h₁ + h₂ + h₃ )/3,

где h₁ = h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 + h_4-5 ;

h₂ = h_1-7 + h_7-4 + h_4-5 ;

h₃ = h_1-7 + h_7-6 + h_6-5 ;

Потери напора в сети при пожаре

h₁ = 2,13 + 4,1 + 3,87 + 1,41 = 11,51м;

h₂ = 2,4 + 6,72 + 1,41 = 10,53м;

h₃ = 2,4 + 2,25 + 5,2 = 9,85м;

h_с = (11,51 + 10,53 + 9,85) / 3 = 31,89 / 3 = 10,63м.

Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при пожаре показана на рис.3.7.

Увязка сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении

Таблица 3.4.

Продолжение табл.3.4

Dh=-2,76;å(h/q)=0,3844; Dh=0,22;å(h/q)=0,3672;

Dq¹ =Dh/2å(h/q)= -2,76/2_* 0,3844=3,6л/с; Dq=0,3л/с;

Dh=4,89;å(h/q)=0,2838; Dh=2,16;å(h/q)=0,23;

Dq¹ =Dh/2å(h/q)= 4,89/2_* 0,2838=8,6л/с; Dq=4,7л/с;

Продолжение табл.3.4

Dh= -1,32;å(h/q)=0,1611; Dh= 0,49

Dq¹¹ =Dh/2å(h/q)= -1,32/2_* 0,1611=4,1л/с;

Dh= 0,44;å(h/q)=0,206; Dh= 0,06

Dq¹¹ =Dh/2å(h/q)= 0,44/2_* 0,206=1,1л/с;

Увязка водопроводной сети при пожаре. Таблица 3.5.

Продолжение табл.3.5.

Dh=-3,93;å(h/q)=0,63; Dh=1,01;å(h/q)=0,59;

Dq¹ =Dh/2å(h/q)= -3,93/2_* 0,63=3,22л/с; Dq=0,86л/с;

Dh=12,01;å(h/q)=0,67; Dh=6,13;å(h/q)=0,43;

Dq¹ =Dh/2å(h/q)= 12,01/2_* 0,67=8,96л/с; Dq=7,13л/с;

Продолжение табл.3.5.