Устанавливаются диаметры труб для отдельных участков сети исходя из расчетных расходов воды.

Количество воды Q, м3/с, протекающее по трубопроводу, определяется из уравнения гидравлики:

(1.1)

где v - скорость течения жидкости, м/с;

S - площадь поперечного сечения потока, м2.

При заполненном трубопроводе площадь поперечного сечения потока равна площади живого сечения трубы, т. е.:

(1.2)

где d - внутренний диаметр трубы, м.

Тогда:

(1.3)

При расчете водопроводной сети важно установить скорость перемещения жидкости в трубопроводе. Изменение скорости (при заданном расчетном расходе) значительно влияет на экономические показатели системы водоснабжения. С одной стороны, чем меньше скорость, тем больше диаметр труб и, следовательно, выше строительная стоимость (капитальные затраты) водопроводной сети, но меньше эксплуатационные расходы. С другой стороны, чем больше скорость воды в трубах, тем больше потери напора на гидравлическое сопротивление и, следовательно, излишние затраты энергии на подъем воды, т.е. эксплуатационные расходы. Существует показатель экономически наиболее целесообразного диаметра трубы, зависящий от соотношения капитальных и эксплуатационных затрат. Это экономический фактор.

По количеству воды, протекающей по данному участку, по прил. 1[1] устанавливаются диаметры труб для каждого участка при экономическом факторе

Э = 0,75, согласно принятому сортаменту и материалу труб.

 

Стальные трубы:d_5-7=300 мм; d_5-6=300мм; d_3-5=400мм; d_3-4=250мм; d_1-3=450мм;

d_1-2=175мм; d_Б-1=450мм

 

3.Рассчитываются истинные скорости движения воды в трубе принятого диаметра Vфакт(м/с) по формуле:

(1.4)

где q - расход воды на участке, м3/с;

d - диаметр трубопровода, м.

Проверяется, укладывается ли полученное значение в экономически выгодные скорости движение воды в трубопроводах.

Диаметр трубы, мм до 300 300-900 более 1000

Скорость воды, м/с 0,6-0,9 1,0-1,4 1,5-1,7

Фактическая скорость не должна превышать рекомендуемые. В противном случае принимается другой стандартный диаметр трубы и пересчитывается фактическая скорость.

 

4.Определяются потери напора h (м) на трение в водопроводных трубах.

Они складываются из потерь напора на прямых участках трубопровода (они связаны с трением слоев воды друг о друга и о стенки трубопровода) и из местных потерь в арматуре, фасонных частях, изгибах и сужениях водного потока и т.п.

Потери напора на прямых участках трубопроводов hтр(м):

(1.5)

где i- удельные потери напора в трубопроводе длиной 1 м (гидравлический уклон), м/м;

L - длина трубопровода (участка), м.

Гидравлический уклон рекомендуется определять по "Таблицам для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб" [5] или по формуле

(1.6)

где А - удельное сопротивление трубопровода, зависящее от диаметра и шероховатости внутренней поверхности труб, м (табл.1)[1].

А5-7=0,9392,

А5-6=0,9392,

А3-5=0,1089,

А3-4=0,9392,

А1-3=0,06222,

А1-2=9,273,

АБ-1=0,06222,

Потери напора в местных сопротивлениях принимаются равными 5 - 10% потерь на прямых участках, тогда суммарные потери напора на участках с учетом местных сопротивлений h (м) равны:

(1.7)

5.Определяются суммарные потери напора от каждого потребителя (точки 2, 4, 6, 7) до водонапорной башни. Например, потери напора на участке Б-7 равны:

НБ-7 = h5-7 + h3-5+ h1-3+ hБ-1,м (1.8)

НБ-7 = h5-7 + h3-5+ h1-3+ hБ-1=1,485+1,21+0,924+3,15=6,77м

НБ-6 = h5-6 + h3-5+ h1-3+ hБ-1=2,1175+1,21+0,924+3,15=7,4м

НБ-4 = h3-4+ h1-3+ hБ-1=0,33+0,924+3,15=4,404м

НБ-2 = h1-2+ hБ-1=1,1+3,15=4,25м

6.Рассчитывается необходимая высота водонапорной башни для каждой точки (2, 4, 6, 7).

Например, для точки 7 высота водонапорной башни Н (м)равна:

Н = Z7 – ZБ + НБ-7+ Нсв.7, (1.9)

где Z7 – ZБ - разность геодезических отметок между точкой 7 и водонапорной башней (Б), м;

НБ-7 - суммарные потери напора от точки водонапорной башни Б-7 до точки 7 с учетом потерь в местных сопротивлениях, м;

Нсв.7 - свободный напор воды в точке 7, м.

Н = Z7 – ZБ + НБ-7+ Нсв.7=39-30+6,77+14=29,77 м;

Аналогичные расчеты производятся для других водопотребителей.

Для точки 6 высота водонапорной башни Н (м)равна:

Н = Z6 – ZБ + НБ-6+ Нсв.6=35-30+7,4+12=24,4м;

для точки 4 высота водонапорной башни Н (м)равна:

Н = Z4 – ZБ + НБ-4+ Нсв.4=27-30+4,4+10=11,4м;

для точки 2 высота водонапорной башни Н (м)равна:

Н = Z2 – ZБ + НБ-2+ Нсв.2=22-30+4,25+10=6,25м

Результаты расчетов для каждого участка заносятся в табл. 2.

Высота водонапорной башни принимается по максимальному значению.

 

 

Таблица 1.

Расчет высоты водонапорной башни

Обозначение участка	Расход на участке q, л/с	Длина участка l, м	Диаметр трубы D, мм	Скорость воды Vрасч, м/с	Гидравлический уклон i, м/м	Потери напора на участке hтр, м	Потери напора на участке с учетом местных сопротивлений h, м	Суммарные потери напора от потребителя до башни НБ-К, м	Разность геодезических отметок, ZБ-ZК,м	Свободный напор Нсв, м.вод.ст.	Выота водонапорной башни НБ, м
5-7				1,19	0,0054	1,35	1,485	6,77			29,77
5-6	86,25			1,2	0,007	1,925	2,1175	7,4
3-5	201,3			1,3	0,0044	1,1	1,21
3-4	57,5			1,2	0,0032	0,3	0,33	4,404	-3
1-3	258,75			1,3	0,0042	0,84	0,924
1-2	28,75			0,9	0,0077		1,1	4,25	-8
Б-1	287,5			1,4	0,0052	2,86	3,15

 

7.Аналогично производится расчет водовода Н - Б. По количеству воды, протекающему по водоводу (оно равно qБ-1), определяется диаметр трубы, рассчитывается фактическая скорость движения воды и потери напора на участке

Н - Б с учетом местных сопротивлений Нч

Нч = 1,1hч, (1.10)

где hч - потери напора на участке Н - Б, м.

qН-Б=qБ-1=287,5л/с; d=500мм; Vфакт=1,4 м/с; hч=5,98 м;

Нч = 1,1hч=1,1*5,98=6,6м

8. Определяется напор насоса по формуле

Нм = Нч + НБ + ZБ - ZH + hизл. + hБ +hBC, (1.11)

где Нм - манометрический напор насоса, м. вод. ст.;

Нч - потери напора в нагнетательном трубопроводе (на участке Н-Б);

НБ - высота водонапорной башни, м;

ZБ - ZH - разность геодезических отметок между водонапорной башней и насосной, м;

hизл - напор свободного излива на конце трубопровода, принимается равным 0,5 - 1,5 м;

hБ - высота воды в баке водонапорной башни, принимается равной 3 - 5 м;

hвс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м.

Определяются по формуле

, (1.12)

где - гидравлический коэффициент сопротивления трубопровода, принимается по табл. 3[1]; =0.0288

- эквивалентная длина арматуры, м, принимается по табл.4[1]. Арматура включает приемную сетку с клапаном, нормальное колено, переходной патрубок;

lпр.с=57,5м;

lн.к=3,75 м;

lп.п=9,5м

1вс - длина всасывающего трубопровода, принимается равной 10м;

dec - диаметр всасывающего трубопровода:

dвc= dвод+0,25=0,35+0,25=0,6м

deод – диаметр водопровода Н-Б,м;

Q – количество воды, проходящее через насос, м3/с.

Нм = Нч+ НБ + ZБ - ZH + hизл. + hБ +hBC=6,6+29,77+30-25+1+4+0,04=46,41м.вод.ст

По требуемым расходу (Q, л/с) и напору (Нм, м) по каталогу насосов подбирается подходящий центробежный насос и приводится его техническая характеристика.

Технические характеристики насосов типа К и Д приведены в прил. 7 и 8[1].

Таблица 3. Техническая характеристика насоса Д1250 – 65

Подача Q,м3/ч	Напор Н, м.вод.ст.	Частота вращения вала n, мин-1	КПД η,%	Мощность электродвигателя N, кВт