Расчет диаметров труб на участках водопроводной сети. На продольном профиле трубопровода указать участки сети с параметрами.

Диаметр d каждого участка водопроводной сети определяют исходя из расчётного расхода этого участка. Из курса гидравлики известна одна из основных формул гидродинамики, связывающая площадь живого сечения потока жидкости, среднюю скорость потока жидкости и расход. Эта формула имеет вид:

где Q - расход потока жидкости; V - средняя скорость потока; щ - площадь живого сечения потока.

Для трубопровода, работающего полным живым сечением и пропускающего через себя расчётный расход qрасч. эту формулу можно записать в следующем виде:

откуда диаметр будет равен:

где dр - диаметр, полученный по расчёту, м; qрасч. - расчётный расход на участке, м3/с, V - скорость воды в трубопроводе, м/с. Как видно из анализа полученной зависимости при заданном расчёт-ном расходе qрасч. величина диаметра может оказаться различной в зависимости от того, какая будет принята скорость движения воды в трубопроводе. Выбор величины этой скорости зависит от экономических факторов, в основном от стоимости труб и их укладки, а также от стоимости энергии, затрачиваемой на подъём и транспортирование воды. С увеличением скорости уменьшаются диаметры, а следовательно, и строительная стоимость сети. Однако при этом увеличиваются потери напора в сети, а следовательно, требуется большая мощность насосов и большая высота водонапорной башни. С уменьшением скорости увеличиваются диаметры, а следовательно, и строительная стоимость сети. Одновременно с этим возможно возникновение такого нежелательного явления, как заиление трубопровода, т.е. выпадения из жидкости взвешенных частичек (ила, песчинок, ржавчины и др.), борьба с которым потребует дополнительных затрат. Однако в этом случае уменьшаются потери напора в сети, а следовательно, уменьшится мощность насосов и высота водонапорной башни.

Следовательно, при определении диаметров труб водопроводной сети следует принимать такие скорости, которые при данных местных условиях обеспечивали бы наиболее выгодное в технико-экономическом отношении решение, охватывающее весь комплекс водопроводных сооружений. Такие скорости принято называть оптимальными.

Оптимальные скорости, применяемые в практике проектирования, выявились в результате анализа большого количества выполненных проектов водопроводных сетей, где эти скорости обосновывались при сравнении различных вариантов. Для участков разводящей сети можно рекомендовать следующие оптимальные скорости:

Диаметр трубы, мм	До 400	400 - 600	700 и более
Оптимальная скорость, м/с	0,6-1,1	1-1,3	1-2

 

 

Таким образом, определяя диаметр трубопровода, на первом этапе задаются оптимальной скоростью равной 1 м/с. Полученный диаметр по расчёту округляется до ближайшего стандартного и производится определение действительной скорости на участке трубопровода по формуле:

где Vд - действительная скорость на участке, м/с, qрасч. - расчётный расход на участке, м3/с; dст - принятый стандартный диаметр трубы, м.

Определение общих потерь напора на участках водопроводной сети. Показать на конкретных примерах расчет потери напора (для 2-4 примеров, которые принимаются самостоятельно студентом).

Сопротивления, которые возникают при движении жидкости в трубопроводах, называют гидравлическими сопротивлениями. Они могут быть подразделены на два вида:

- сопротивления по длине потока; - местные сопротивления.

На преодоление этих сопротивлений затрачивается определённая часть энергии, которую принято называть потерями напора.

В соответствии с классификацией гидравлических сопротивлений и потери напора подразделяются на:

- потери напора по длине потока; - местные потери напора.

Потери напора по длине можно определить по формуле Дарси-Вейсбаха или как её ещё называют первой водопроводной формуле:

где hl - потери напора по длине, м; л - коэффициент трения; l - длина расчётного участка трубопровода, м; d - диаметр участка трубопровода, м; V - скорость движения воды на расчётном участке, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с .

Однако при расчёте трубопроводов гораздо удобнее пользоваться для расчёта потерь напора по длине второй водопроводной формулой, которая после некоторых преобразований вытекает из первой водопроводной формулы. Вторая водопроводная формула имеет вид:

где hl - потери напора по длине, м; А - удельное сопротивление трубопровода, (с/л)2; qрасч. - расчётный расход на участке, л/с; l - длина расчётного участка, м; к - скоростной коэффициент, который определяется в зависимости от действительной скорости воды в трубопроводе.

Уясним физический смысл удельного сопротивления трубопровода А, входящего во вторую водопроводную формулу. Удельное сопротивление — это потери напора, которые возникают в трубопроводе длиной 1 м при пропуске единичного расхода. Удельное сопротивление трубопровода - величина размерная. Если расход воды в трубопроводе qрасч. выражается в л/с, А имеет размерность (с/л)2 , если же qрасч. даётся в м3/с, то А принимается в (с/м3)2.

Величина удельного сопротивления труб принимается в зависимости от диаметра трубопровода и материала труб.

Потери напора местного характера определяются по формуле:

где hм - местные потери напора, м; о - коэффициент местного сопротивления; V - скорость воды за местным сопротивлением, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с .

Однако ввиду многочисленности и многообразия видов местных сопротивлений в системе водопроводных сооружений потребовалось бы длительная работа по определению потерь напора в них. Поэтому, как показали исследования, величину потерь напора в местных сопротивлениях разводящей сети можно учитывать в процентах от потерь напора по длине. При расчёте наружных разводящих сетей следует принимать величину местных потерь как 10 % от потерь напора по длине. Тогда, вводя коэффициент b, равный 1,1 можно с помощью второй водопроводной формулы определить общие потери напора на участке трубопровода. Формула будет иметь вид:

где b - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях.

Определяя потери напора, необходимо стремиться, чтобы на каждом участке их величина не превышала 5 м, В противном случае следует увеличить диаметр трубопровода.