Гідравлічний розрахунок мережі

Гідравлічний розрахунок мережі полягає у визначенні за встановленими розрахунковими витратами найбільш вигідних діаметрів труб і відповідних втрат напору для кожної ділянки мережі.

Економічний розрахунок магістральної мережі міста має важливе значення, так як водопровідна мережа - найдорожчий елемент водопроводу. Для розрахунку мережі потрібно перш за все встановити розрахункові витрати води по ділянках мережі. Якщо число водорозбірних точок невелике і в кожній точці зосереджений певний за величиною витрата води, то в розрахунковій схемі водоотдачи можуть бути враховані всі зосереджені витрати.

У більшості випадків відбір води з мережі проводиться в багатьох точках і виходить велика кількість розрахункових ділянок, а розрахунок мережі виходить вельми трудомістким, тому в міських водопровідних мережах приймають схему рівномірно розподіленого відбору води на господарсько-питні потреби населення.

Витрата води великих споживачів (промислові підприємства, залізничні вокзали, пристані, банно-пральні комбінати і т.д.) виділяються в зосереджені витрати в певних вузлових точках у місця їх розташування.

Витрата, який припадає на 1 м довжини мережі (в л / с), називається питомим

де q max - максимальний розрахунковий секундний витрата, л / с; qсоср - зосереджені витрати великих споживачів, л / с; L - загальна довжина мережі (у довжину мережі не включаються ділянки, що проходять по незабудованій території), м.

При прийнятою методикою розрахунку вважають, що витрата води на кожній ділянці магістральної мережі пропорційний його довжині. Витрата води на кожній ділянці називають колійним витратою і визначають за формулою q = ql л / с, де I - довжина ділянки мережі, м.

Тоді шляховий витрата для ділянки 1-2 (див. Рис. 8.10, а) буде дорівнює q пут = 0,05 • 100 = 5 л / с.

Кожен проміжний ділянку мережі, крім колійного витрати, несе транзитний витрата Q т, що йде на харчування подальших ділянок, тобто витрата на ділянці дорівнює Q р = = Q г + α Q пут

Для ділянки 1-2 отримаємо Q р 1-2 = 23 + α • 5.

З достатнім ступенем точності ми отримаємо ті ж розрахункові витрати, якщо розіб'ємо шляховий витрата навпіл і докладемо його в початковій і кінцевій точках розглянутого ділянки:

За прийнятою методикою розрахунку шляхові витрати води переводяться на витрати, зосереджені в вузлових точках мережі. Вузловий витрата кожного вузла мережі дорівнює напівсумі дорожніх витрат ділянок, прилеглих до даного вузла:

Для визначення діаметрів труб ділянок мережі застосовують відому формулу гідравліки трубопроводів, що зв'язує площа живого перерізу труби ω (у м2), з витратою q (в м3 / с), і зі швидкістю руху води v (в м / с):

звідки

З цієї формули очевидно, що діаметр труби залежить не тільки від витрати, але і від швидкості руху води. Якщо прийняти малу величину розрахункової швидкості, то трубопровід вийде відносно великого діаметра, а отже, буде мати більш високу вартість. Навпаки, чим більше буде швидкість руху води, тим менше будуть діаметр трубопроводу і його будівельна вартість. Однак збільшення швидкості руху води викликає різке збільшення втрат напору в трубах і, отже, збільшення витрат електроенергії на подачу води до споживачів, тобто вартості експлуатації водопроводу. Крім того, швидкість руху води по водопровідних трубах має і технічні межі. При швидкості 2 м / с і більше в трубопроводах можуть виникати гідравлічні удари, небезпечні для міцності труб і стикових з'єднань.

При виборі діаметрів труб керуються так званої економічної швидкістю руху води. Величина цієї швидкості залежить від цілого ряду умов: вартості енергії, вартості труб і їх укладання, розрахованого строку служби і матеріалу труб.

Втрати напору на тертя в трубах визначають за формулою

де q - витрата, м3 / с; l - довжина трубопроводу, м; d - діаметр труб, м; k - коефіцієнт втрати напору.

У практиці розрахунку мережі для визначення втрат в трубопроводах в більшості випадків користуються формулою h = il, де l - довжина трубопроводу, км, i - втрати напору на 1000 м приймають за таблицями Ф. А. Шевельова, м.

Гідравлічний розрахунок розгалуженої мережі роблять у наступній послідовності. У першу чергу розраховують головну магістраль 1-2-3-4-5, що сполучає початкову точку мережі з найбільш віддаленою і піднесеною з кінцевих її точок. Потім розраховують відгалуження 2-10-11; 2-9; 3-6-7; 6-8 (див. Рис. 8.10, а).

Розрахунок мережі може бути проведений, коли задані необхідні напори у всіх вузлах і необхідно визначити необхідний натиск в початковій точці; задані напори в початковій і у вузлових точках і потрібно визначити діаметри труб для пропуску води при наявному напорі.

При розрахунку кільцевої мережі в загальному випадку невідомими є як діаметри ділянок, так і витрати на дільницях. Отже, кожна ділянка мережі дає дві невідомі - діаметр і витрата, а загальне число невідомих дорівнює подвоєному числу ділянок.

Для знаходження цих невідомих необхідно скласти належне число рівнів. Розгляд законів руху рідини по замкнутому контуру дозволяє скласти деяке число рівнів для їх знаходження.

1. Сума витрат, що приходять у вузол, дорівнює сумі витрат, що йдуть з цього вузла, плюс вузловий витрата.

Якщо позначити витрати, що приходять у вузол, знаком "+", а йдуть (включаючи вузловий витрата) - знаком "-", то алгебраїчна сума витрат буде дорівнює нулю:

Σ q = 0.

2. У кожному замкнутому кільці мережі сума втрат на ділянках, де вода рухається за годинниковою стрілкою (позначимо умовно-позитивними), дорівнює сумі втрат напору на ділянках, на яких вода рухається проти годинникової стрілки (позначимо - негативними), тобто алгебраїчна сума втрат в кільці дорівнює нулю: Σ h = 0 або Σ Sq 2 = 0, де S - опір ділянки S = Аl; А - питомий опір труби (приймається по таблиці Ф. А. Шевельова).

Однак рішення системи квадратних рівнянь для мережі з великою кількістю кілець вельми складне завдання, тому гідравлічний розрахунок мережі проводять різними наближеними способами, причому всі вони зводяться до методу послідовного наближення.

Розглянемо два методи ув'язки мережі - метод В. Г. Лобачова та метод Μ. М. Андріашева.

В. Г. Лобачев розробив теорію розрахунку кільцевих мереж і запропонував метод ув'язки, заснований на итеративном способі вирішення системи квадратних рівнянь.

Візьмемо одне кільце I, що складається з з'єднаних розрахункових точок (колодязів) 3-4-5-в (див. Рис. 8.10, а), з наміченим розподілом витрат води q, але яким визначено діаметри труб d; довжина ділянок відома.

Припустимо, що при першому попередньому розподілі видатків не вдалося досягти умови Σ h = 0 і ми отримали Σ h = Δ h або

Величина відкинута як відносно мала в порівнянні з членами, що містять q і.

Чисельник є:, а знаменник є подвоєною сумою добутків витрат кожної ділянки на його опір, тобто Δ q = Δh2 Σ q.

Якщо мережа складається з декількох кілець, то задача зводиться до розв'язання системи стількох рівнянь, скільки кілець в мережі.

При ув'язці мережі за цим методом кожне кільце розглядається поза їх взаємному зв'язку і поправочний витрата вводиться в кожне кільце окремо. Μ. М. Андріяшев пропонує поправочний витрата проводити але замкнутому контуру, що охоплює кілька кілець. Величина і напрямок поправочного витрати визначаються на підставі аналізу нев'язок, отриманих в окремих кільцях. Шлях поправочного витрати вибирають так, щоб він був спрямований проти напрямку потоку в перевантажених ділянках і збігся з потоком в недовантажених.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >