Содержание

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ
6.3 Инженерное оборудование: водоснабжение, канализация, теплофикация и т.Д.
Инженерное оборудование, тепло-, газо-, водоснабжение территорий и зданий. Электрические сети и схемы электроснабжения (стр. 1 )

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

ПОДЗЕМНЫЕ КОММУНИКАЦИИ

ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ ЗДАНИЙ

КАНАЛИЗАЦИЯ И САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА ПОСЕЛЕНИЙ

ТЕПЛО- И ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ

ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ

ГАЗОСНАБЖЕНИЕ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

УСТРОЙСТВО ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ И СИЛОВЫХ СЕТЕЙ

ОБЩЕСТВЕННЫХ, ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ

УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

ПОДЗЕМНЫЕ КОММУНИКАЦИИ

Инженерные сети

Подземные коммуникации города — важнейший элемент инженерного оборудования и благоустройства, удовлетворяющий не обходимым санитарно-гигиеническим требованиям и обеспечивающий высокий уровень удобств для населения. В качестве подземных коммуникаций поселений прокладывают сети водоснабжения (горячего и холодного), водоотведения бытовых, производственных и атмосферных загрязненных вод, водостока (ливне вой канализации), дренажа, газификации, энергоснабжения, сигнализации, специального назначения, а также сети радиотелефонной и телеграфной связи, новые осваиваемые виды (пневматическая почта и мусороудаление) и т.д.

Инженерные сети населенных пунктов проектируют как комплексную систему, объединяющую все надземные, наземные и подземные сети с учетом их развития на расчетный период. Подземные сети прокладывают преимущественно под улицами и дорогами. для этого в поперечных профилях улиц и дорог предусматривают места для укладки сетей: на полосе между красной линией и линией застройки прокладывают кабельные сети (силовые, связи, сети сигнализации и диспетчеризации); под тротуарами располагают тепловые сети или проходные коллекторы; на разделительных полосах — водопровод, газопровод и хозяйственно-бытовую канализацию. При ширине улиц более 60 м в пределах красной линии сети водопровода и канализации прокладывают по обеим сторонам улиц. При реконструкции проезжих частей улиц и дорог обычно сети, расположенные под ними, переносят под разделительные полосы и тротуары. Исключение могут составлять самотечные сети хозяйственно-бытовой и ливневой канализации.

Удельная протяженность сетей зависит от плотности жилого фонда, а следовательно, и от этажности застройки. С увеличением плотности жилого фонда от 1900 м 2 /га (при 2-этажной застройке) до 4000 м 2 /га (при 9-этажной застройке) общая относительная протяженность сетей уменьшается в 2,6 раза.

Городские подземные коммуникации постоянно развиваются представляют собой сложную систему — важную часть городского «организма». Подземные сети подразделяют на транзитные, магистральные и распределительные (разводящие).

К транзитным относятся подземные коммуникации, которые проходят через город, но в городе не используются, например газопровод, нефтепровод, идущий от месторождения к другим поселениям.

К магистральным относятся основные сети города, по которым подаются или отводятся основные виды носителей в городе, рассчитанные на большое число потребителей. Их располагают обычно в направлении основных транспортных магистралей города.

К распределительным (разводящим) сетям относятся коммуникации, которые ответвляются от магистральных сетей и подводятся непосредственно к домам.

При проектировании магистральных трасс подземных коммуникаций их делают прямолинейными, параллельными оси или красной линии улицы, располагают с какой-либо одной стороны улицы, не пересекая ее. Подземные сети не должны находиться одна над другой, за исключением участков на перекрестках и от ветвлениях, где предусматриваются пересечения в соответствии с нормами в разных уровнях. Наиболее целесообразным считается расположение подземных коммуникаций под зеленой зоной улицы и тротуарами, но часто бывает необходимо использовать так же часть пространства под проезжей частью улиц.

На случай реконструкции и расширения коммуникаций при комплексном проектировании предусматривают резервные участки в подземном пространстве улиц.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

6.3 Инженерное оборудование: водоснабжение, канализация, теплофикация и т.Д.

Водоснабжение — это один из важнейших видов благоустройства и санитарно-технического оборудования населённых мест. Спрос на воду удовлетворяют с помощью местной, групповой и централизованной систем водоснабжения.

Основными источниками водоснабжения является водонапорная башня, питаемая грунтовыми водами. Вода питьевая, хорошего качества. Для различных бытовых и хозяйственных целей используются воды реки, расположенной в населенном пункте.

К местной системе относят водоснабжение из шахтных колодцев и ключей.

Групповая система состоит из водозабора из шахтных колодцев и ключей с организацией каптажа и подачей воды насосами в водопроводную сеть, подводящую ее к группам зданий.

Водозабор для централизованной сети водопровода осуществляют из закрытых источников (артезианских скважин) без очистки воды и из открытых источников (река, озеро и т. д.) с предварительной очисткой воды перед подачей её в сеть.

Тип и схему размещения водозаборных сооружений выбирают с учётом геологических, гидрогеологических в других природных особенностей района, а также условий взаимодействия водозаборных сооружений.

Участки для размещения водозаборных сооружений должны:

находиться в благоприятных в санитарном отношении условиях, исключающих возможность загрязнения используемых подземных вод бытовыми и промышленными сточными водами или водами с повышенной минерализацией, газонасыщенностью и вредными компонентами;

не подвергаться размыву, оползанию и другим деформациям, которые могут нарушить целостность проектируемых сооружений;

располагаться недалеко от существующих и проектируемых дорог, которые могут быть использованы для обслуживания водозабора и водовода;

иметь вокруг свободную территорию для организации зоны санитарной охраны.

Разводящая сеть водопровода должна быть кольцевой для обеспечения надежности подачи воды потребителям. Тупиковые линии применяют, если можно сделать перерыв в водоснабжении на время ликвидации возникшей аварии. Проектами планировки предусматривают в основном централизованные сети водопровода. Воду в них подают в любые здания под напором и поэтому обеспечивают питьевой водой все здания и сооружения по потребности вне зависимости от типов и места расположения.

Канализация. Сточные воды, которые необходимо отводить из населённых мест, разделяют на хозяйственно-фекальные, производственные и атмосферные стоки. Норма водоотведения составляет 80% нормы водопотребления без учёта расходов на полив. Для районов не канализационной застройки норму водоотведения принимают 25 л на одного жителя в сутки.

Используют раздельную схему канализации, неполную раздельную и общесплавную.

Раздельная система канализации предусматривает укладку двух сетей труб: по одной из них отводят хозяйственно — фекальные и производственные стоки на очистные сооружения, по другой — дождевые и талые воды в ближайшие водные потоки.

Неполная раздельная система канализации принимает все стоки, кроме атмосферных, которые отводят по системе открытых лотков и каналов.

Общесплавная система предусматривает устройство общей канализационной сети для отведения всех сточных вод на очистные сооружения.

В зависимости от характера и количества сточных вод применяют механический и биологический способы их очистки.

В зоне одноэтажной усадебной застройки устройство централизованной канализация неэкономично. В этом случае возможна местная канализация, устройство которой целесообразно для групп, а также отдельных зданий. Сточная вода поступает от здания в устройства дня механической очистки. Из них вода поступает в дрены подземной фильтрации. Сброшенный осадок подсушивают на иловых площадках и вносят в почву как удобрение.

Очистные сооружения размещают ниже населённых пунктов по рельефу и течению рек с подветренной стороны. Между очистными сооружениями и населённым пунктом предусматривают санитарно-защитную зону (для сельских населенных мест она составляет 200 м).

Теплоснабжение. Централизованное теплоснабжение в сельских населённых местах проектируют для секционных и блокированных жилых домов, для общественных и производственных зданий. Тепло получают от общепоселковой или от местной котельной, которые размещают на отдельных участках вне жилых территорий, по возможности ближе к центру тепловых нагрузок с учётом рельефа территории и ветров преобладающего направления.

Размеры участка для котельной при работе её на твёрдом топливе составляют 0,50 га, на жидком топливе — 0,25 га, на газообразном топливе — 0,15 га. Oт жилых и общественных зданий при работе на твёрдом топливе котельные размещают не ближе 35 м, на жидком топливе— 25 м и на газообразном топливе — 15 м.

Газоснабжение. Населенные места газифицируют от магистральных газопроводов природного газа, газовых и коксогазовых заводов и от установки сжиженного газа. Природный газ подают по трубам через газораспределительные станции и газорегуляторные пункты, где снижается давление газа до потребительской нормы. Газораздаточные станции строят вне населенных мест, а газорегуляторные пункты — на поселковых газовых сетях.

В населённых пунктах, удалённых от источников газа, широко распространено баллонное газоснабжение сжиженным газом. Баллоны для снабжения зданий сжиженным газом устанавливают в металлических шкафах, пристроенных к глухим стенам зданий. Существуют также групповые установки с хранением сжиженного газа в подземных резервуарах. В зависимости от объёма резервуаров, характера и огнестойкости зданий их размещают на расстоянии 8-50 м от зданий. Места размещения резервуаров ограждают, к ним прокладывают проезды с твердым покрытием.

Электроснабжение. Населённые места электрифицируют в основном от сети государственных высоковольтных линий. При невозможности или нецелесообразности присоединения к энергетической системе просматривают энергоснабжение от местной электростанции.

Воздушные ЛЭП напряжением 35 кВ и выше располагают за пределами населенных мест. Электрические сети напряжением до 10 кВ размещают в населённых местах, причём в точках ввода ЛЭП в населённые пункты строят понижающие подстанции. Расстояние от них до зданий и сооружений зависит от степени огнестойкости зданий: при 1 и 2 степенях огнестойкости

7-10 м, при 3 степени —9-12 м, при 4 и 5 степени — 10-16 м.

Сети всех напряжений внутри населённых пунктов выполняют обычно воздушными линиями на железобетонных и деревянных опорах, а также подземными (кабельными) линиями. При прокладке воздушных ЛЭП устанавливают границы охранных зон. Ширина охранной зоны oт крайних проводов с обеих сторон составляет: для линий до 20 кВ —10 м, для линий до 35 кВ—15м.

Телефонизация и радиофикация. В сельских населённых пунктах телефонизацию и радиофикацию осуществляют от колхозных АТС и радиоузлов, размещаемых на центральных усадьбах в специальном здании. Для телефонизации и радиофикации в отдаленных населённых местах прокладывают воздушные линии на самостоятельных опорах или совместно с электросетями. Они могут быть и подземными (кабельными), проложенными под тротуарами или под проезжей частью на глубине 0,4-0,5 м.

Инженерное оборудование, тепло-, газо-, водоснабжение территорий и зданий. Электрические сети и схемы электроснабжения (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕПЛО-, ГАЗО-, ВОДОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ И ЗДАНИЙ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ И СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

2. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

6.КАНАЛИЗАЦИЯ И САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА ПОСЕЛЕНИЙ

ТЕПЛО — И ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

8.ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ

10.СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

11.КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

12.УСТРОЙСТВО ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ И СИЛОВЫХ СЕТЕЙ

ОБЩЕСТВЕННЫХ, ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ

13.УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

1.1. Инженерные сети

Удельная протяженность сетей зависит от плотности жилого фонда, а следовательно, и от этажности застройки. С увеличением плотности жилого фонда от 1900 м2/га (при 2-этажной застройке) до 4000 м2/га (при 9-этажной застройке) общая относительная протяженность сетей уменьшается в 2,6 раза.

1.2. Принципы размещения и способы прокладки подземных коммуникаций

Размещение распределительных трасс подземных сетей на территории микрорайона и жилых кварталов зависит от общего планировочного решения и рельефа местности.

Расстояния от подземных сетей до зданий, сооружений, зеленых насаждений и соседних подземных сетей регламентируются. Все траншеи подземных сетей располагаются вне зоны давления в грунте от зданий. что способствует сохранению целостности основания фундаментов здания, предохранению его от размыва (рас. 5.1). Соблюдение нормативных расстояний, кроме того, предотвращает возможность повреждений, а в случае необходимости обеспечивает условия ремонта. Минимальные значения этих расстояний даны в СНиП 2.07.01-89*.

Рис. 5.1. Схема раздельной прокладки инженерных сетей в поперечном профиле улицы:

1 — слаботочные кабели; 2 — силовые кабели; 3 — телефонные кабели; 4 – теплосеть; 5 – канализация; б – водосток; 7 – газопровод; 8 — водопровод; 9 — граница зоны промерзания

Трубопроводы прокладывают непосредственно в грунте, а так же открыто над поверхностью земли по эстакадам, особенно в районах вечномерзлых грунтов.

Подземные инженерные сети прокладывают тремя способами (рис. 5.2): 1) раздельным способом, когда каждую коммуникацию прокладывают в грунте отдельно с соблюдением соответствующих санитарно-технологических и строительных условий размещения, независимо от способов и сроков прокладки остальных коммуникаций; 2) совмещенным способом (см. рис. 5.2, а), когда одновременно в одной траншее прокладывают коммуникации различного назначения; 3) в коллекторе (см. рис. 5.2, 6, в), когда в одном коллекторе совместно прокладывают сети одного или разных назначений.

Раздельный способ прокладки подземных сетей имеет большие недостатки, поскольку значительные земляные работы при вскрытии одной коммуникации могут способствовать повреждениям на других вследствие изменения давления и связанности грунта. Кроме того, сроки строительства увеличиваются из-за того, что коммуникации прокладывают последовательно.

При совмещенном способе трубопроводы укладывают одновременно причем в одной траншее могут располагаться кабели, трубопроводы и непроходимые каналы. Этот способ применим при реконструкции улиц или создании новой застройки, так как объем земляных работ сокращается на 20. 40 %

Рис. 5.2. Способы размещения инженерных сетей:

а — в общей траншее; б — в непроходном коллекторе; в — в проходном коллекторе;

1 — теплосеть; 2 — газопровод, З — водопровод; 4— водосток; 5 — канализация; б — кабели связи; 7 — силовые кабели

Эти два способа используют при прокладке инженерных сетей одного направления. В случае когда сеть подземных коммуникаций настолько развита, что места в траншеях недостаточно, применяют третий способ размещения сетей.

Прокладка сетей в совмещенном коллекторе позволяет сократить объем земляных работ и сроки строительства. Этот способ значительно облегчает эксплуатацию, упрощает ремонт и замену коммуникаций без проведения земляных работ. При прокладке сетей в совмещенном коллекторе можно устраивать отдельные коммуникации даже после окончания нулевого цикла строительства. В коллекторе могут быть размешены идущие в одном направлении тепловые сети диаметром от 500 до 900 мм, водоводы диаметром до 500 мм, свыше десяти кабелей связи и силовых кабелей напряжением до 10 кВ. Не допускается расположение в общих коллекторах воздуховодов, напорных трубопроводов водопровода, канализации. Не разрешается совместная прокладка газопроводов и трубопроводов с горючими и легковоспламеняющимися веществами.

Коллекторы различают по конструкции, размерам, форме поперечного сечения. Коллектор представляет собой проходную (в рост человека), полупроходную (ниже 1,5 м) или непроходную галерею из сборных железобетонных конструкций. Проходные коллекторы необходимо оборудовать приточной естественной и механической вентиляциями для обеспечения внутренней температуры в пределах 5°С и не менее трехкратного обмена воздуха за 1 ч, а также электрическим освещением и откачивающими устройствами.

Подземные сети имеют разную глубину заложения. Различают сети мелкого и глубокого заложения. Сети мелкого заложения располагают в зоне промерзания грунта, а сети глубокого заложения — ниже зоны промерзания грунта. Глубину промерзания грунта определяют по СНиП 201.01-82. Для Москвы, например, она составляет 140 см.

К сетям мелкого заложения относятся сети, эксплуатация которых допускает значительное охлаждение: электрические слаботочные и силовые кабели, кабели телефонной и телеграфной связи, сигнализации, газопроводы, теплосети.

К сетям глубокого заложения относятся подземные коммуникации, которые не допускают изменения агрегатного состояния транспортируемой жидкости (переохлаждения): водопровод, канализация, водосток.

Для подземных сетей могут использоваться стальные, бетонные, железобетонные, асбестоцементные, керамические и полиэтиленовые трубопроводы. Их прокладывают непосредственно в грунте, каналах, коллекторах, тоннелях, а также открыто над поверхностью земли по эстакадам, особенно в районах вечномерзлых грунтов.

Устройство систем подземных коммуникаций требует знаний в области гидравлики (гидростатики и гидродинамики). Инженерные сети проектируют на основании гидравлических расчетов труб в соответствии со СНиП 3.05.04-85.

2. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

2.1. Понятие о гидравлике

Один из необходимых составляющих элементов современного инженерного благоустройства городских территорий — подземные инженерные сети. Они состоят из систем водоснабжения (холодного и горячего), канализации, водоотвода поверхностных вод, отопления, которые являются гидравлическими, организуют движение жидкостей в ограниченных пространствах соответствующих систем. Для их расчета используется теоретическая база науки о механике жидкости — гидравлики, которая включает в себя гидростатику и гидродинамику.

Гидравлика — наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей в рассматривающая способы приложения этих законов к решению конкретных практических задач. Гидравлика лежит в основе многих инженерных расчетов специальных сооружений.

Начало развития гидравлики относится к античному периоду. Еще за 250 лет до н. э. появился трактат Архимеда о плавающих телах, где был сформулирован закон о воздействии воды на погруженное в нее тело. Особое развитие гидравлика как наука получила — в ХV—ХVIIвв. Леонардо да Винчи (1452— 1519 гг.) изучал движение воды. В 1612 г. Г. Галилей теоретически подтвердил закон Архимеда. Позже, в 1643 г., Э. Торричелли установил закон и жидкости из отверстия. Б. Паскаль в 1650 г. сформулировал закон о передаче жидкостью давления, а в 1687 г. И. Ньютон выдвинул гипотезу о наличии внутреннего трения в движущейся жидкости и дал понятие вязкости жидкости.

Дальнейшее развитие гидравлики связано с именами , Д. Бернулли и Л. Эйлера, установивших основные законы гидродинамики.

Гидравлика как прикладная инженерная наука необходима для расчетов при проектировании сети и сооружений систем водоснабжения, канализации, водоотведения, осушения и орошения, гидротехнических сооружений, мостов, для расчета транспортирования строительных растворов по трубам, конструирования насосов, компрессоров и т. п.

2.2. Основные физические свойства жидкостей

В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным в растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным — все газы.

Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости — несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.

К основным физическим свойствам жидкости относятся плотность, давление. Сжимаемость, температурное расширение, вязкость.

Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.

Давление — это отношение силы, действующей на площадку в нормальном к ней направлении, к площади площадки:

Давление в системе СИ измеряется единицей паскаль (Па). Давление в 1 Па равно силе в 1 Н, действующей на площадь в 1 м2.

Используются также укрупненные показатели:

• килопаскаль — 1 кПа= 103 Па;

• мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.

Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой, В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях.

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 °С.

В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от О до 4 °С уменьшается. При 4°С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.

Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительно движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силам и внутреннего трения, или силами вязкости.

Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.

2.3. Основы гидростатики

Гидростатика — раздел гидравлики, изучающий законы равновесия в покоящейся жидкости. Гидростатика рассматривает жидкость и погруженные в нее тела в состоянии покоя. Жидкость, находящаяся в покое, подвергается действию внешних сил двух категорий массовых (объемных) и поверхностных. К массовым относятся силы, пропорциональные массе жидкости (сила тяжести, сила инерции), к поверхностным — силы, распределенные по поверхности, т. е. давление. Под действием внешних сил в каждой точке жидкости возникают внутренние силы, характеризую ее напряженное состояние.

Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости. Мысленно разделим этот объем на две части произвольной плоскостью и отбросим верхнюю часть. Для сохранения равновесия нижней части к плоскости необходимо приложить силы, заменяющие действие верхней части объема жидкости на нижнюю.

Гидростатическое давление измеряется в единицах силы, де ленных на единицу площади. В системе СИ за единицу давления принят паскаль — равномерно распределенное давление, при котором на площадь 1 м2 действует сила 1 Н.

Гидростатическое давление обладает двумя свойствами:

• гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует;

• гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям, т. е. не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует.

Поверхностью равного давления или поверхностью уровня называют поверхность, во всех точках которой гидростатическое давление имеет одинаковое значение (на границе раздела жидкости с газом эту поверхность называют свободной).

Возможны три характерных положения свободной поверхности жидкости, находящейся под действием силы тяжести и силы инерции.

1. Если покоящаяся жидкость находится под действием только силы тяжести, то свободная поверхность жидкости представляет собой горизонтальную плоскость.

2. Если жидкость заключена в цистерне, которая движется прямолинейно с постоянным ускорением, то она находится в относительном покое, т. е. не перемещается относительно цистерны.

3. Если жидкость заключена в сосуде, который вращается вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью, то она находится в относительном покое.

Закон Паскаля гласит: давление. приложенное к свободной поверхности жидкости, передается во все ее точки без изменения. из него следует, что сила давления на площадку внутри жидкости пропорциональна площади этой площадки.

Абсолютное, или полное, гидростатическое давление состоит внешнего давления на свободную поверхность жидкости и манометрического (избыточного) давления, которое создает слой воды над рассматриваемой точкой. В открытом сосуде на свободную поверхность жидкости действует атмосферное или барометрическое (зависящее от высоты над уровнем моря) давление.

Вакуум это газовая среда, имеющая давление ниже атмосферного.

Для измерения давления применяют манометры и вакуумметры.

В основу принципа действия многих гидравлических машин положены законы гидростатики. Одним из наиболее широко применяемых в технике является закон Паскаля. Например, гидравлические прессы и гидравлические домкраты представляют собой конструкции из сообщающихся сосудов, в которых установлены поршни. Сила, приложенная к одному поршню, через гидростатическое давление передается другому поршню, причем в пропорциональной зависимости от их площадей.

3.1. Виды движения жидкостей

Гидродинамика рассматривает законы движения жидкостей. Параметры, характеризующие движение, — скорость и давление — изменяются в потоке жидкости, в пространстве и во времени. Основная задача гидродинамики состоит в исследовании этих параметров в потоке жидкости.

Установившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость потока и давление в любой его точке не изменяются с течением времени и зависят только от ее положения в потоке, т. е. являются функциями ее координат. Примерами установившегося движения может служить истечение жидкости из отверстия резервуара при постоянном напоре, а также поток воды в канале при неизменном его сечении и постоянной глубине.

Неустановившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость движения и давление в каждой данной точке изменяются с течением времени, т. е. являются функциями не только координат, но и времени. Примером неустановившегося движения служит истечение жидкости из отверстия резервуара при переменном напоре. В этом случае в каждой точке сечения струи, вытекающей из отверстия, скорость движения и давление изменяются во времени.

Если в нескольких точках потока, взятых на определенном расстоянии друг от друга, провести векторы, показывающие значение и направление скоростей движения частиц жидкости в данный момент времени, то образуется ломаная линия. Если уменьшить длину отрезков, в пределе ломаная линия станет кривой. Эта кривая, называемая линией тока, характеризуется тем, что в данный момент времени во всех ее точках векторы скоростей будут касательными к ней.

Если в движущейся жидкости выделить бесконечно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, соответствующие в данному моменту времени, получится как бы трубчатая непроницаемая поверхность, называемая трубкой тока. Жидкость, движущаяся внутри трубки тока, образует элементарную струйку.

Совокупность элементарных струек, представляющая собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению, образует поток жидкости. Поток может быть полностью ли частично ограничен твердыми стенками, например в трубопроводе или канале, и может быть свободным, например струя, выходящая из сопла гидромонитора.

3.2. Равномерное и неравномерное движение

Живым сечением потока называют поперечное сечение потока, перпендикулярное его направлению.

Расходом потока Q называют объем жидкости, проходящей в единицу времени через живое сечение потока. Расход жидкости измеряют в м3/с или л/с. Иногда пользуются понятием весового расхода G, под которым подразумевают вес жидкости, проходящей в единицу времени через сечение потока. Между весовым и объемным расходами существует такая зависимость:

где у — удельный вес жидкости.

Равномерным называют такое установившееся движение жидкости, при котором живые сечения в средняя скорость потока не меняются по его длине. Примером равномерного движения служит движение жидкости в цилиндрической трубе или канале не в неизмененного сечения и постоянной глубины.

Неравномерным называют такое установившееся движение жидкости, при котором живые сечения и средние скорости потока изменяются по его длине. Примером неравномерного движения служит движение жидкости в конической трубе, в естественном русле, на перепаде.

При равномерном движении линии тока представляют собой систему прямых параллельных линий. Такое движение называется параллельноструйным. При движении жидкости в естественных руслах живое сечение обычно непрерывно изменяется вдоль потока по форме, так и по площади. Такое движение жидкости является установившимся неравномерным. Для облегчения изучения такого движения в гидравлике введено понятие плавно изменяющегося движения, которое характеризуется следующими свойствами:

кривизна линий тока в потоке считается весьма незначительной; угол расхождения между отдельными линиями тока очень мал; живые сечения потока являются плоскими; давление распределяется по живому сечению по гидростатическому закону.

3.3. Режимы движения жидкостей

В 1880 г. д. И. Менделеевым было высказано предположение о существовании двух отличающихся друг от друга режимов течения. В 1883 г. О. Рейнольдс экспериментально изучил эти режимы. Опыты показали, что при невысоких скоростях наблюдается ламинарное (слоистое) течение без перемешивания частиц и пульсаций скорости. Причем при течении отсутствует поперечное перемещение жидкости, ее частицы перемещаются почти по параллельным траекториям. При постоянном перепаде давления течение стационарно (не зависит от времени).

При значительных скоростях наблюдается течение, в котором частицы жидкости перемещаются по достаточно сложным траекториям. Скорости движения меняются по величине и направлению, поэтому в потоке возникают вихри. Слои жидкости перемешиваются а отдельные частицы совершают неупорядоченное хаотическое движение по сложным траекториям. Такое течение называется турбулентным. Если в турбулентном потоке пустить по течению капельку красителя, то окрашивается все сечение потока.

О. Рейнольдсом было установлено, что ламинарный режим течения происходит при малых скоростях течения, поперечных размерах потока, плотностях и больших коэффициентах шероховатости. Турбулентные режимы течения характеризуются большой скоростью, большим поперечным размером и малой вязкостью текущей среды. Рейнольдсом было введено число, названное впоследствии числом Рейнольдса (Rе). Оно пропорционально отношению силы инерции к вязкости. В ходе испытаний было установлено, что в трубах круглого сечения напорных трубопроводов переход ламинарного течения в турбулентное происходит приблизительно при значении Rе = 2300. При числах Rе, меньших 2300, течение обычно бывает ламинарным, а при числах Rе, больших 2300, — турбулентным. Критическое число Рейнольдса зависит от формы поперечного сечения канала. Для безнапорного течения в открытом русле Rе = 900.

Примером турбулентного течения может служить процесс вытекания газообразных продуктов сгорания из трубы котельной или печной трубы.

Пример ламинарного течения — это истечение воды из крана умывальника, если открыть очень малую струйку воды. Большинство течений, окружающих нас в природе, турбулентные. Ламинарные течения встречаются только в очень узких каналах, какими являются капилляры кровеносных сосудов человека, или при течении жидкостей с большой вязкостью (например, мазута) в трубопроводах.

Ньютон в 1686 г. сформулировал закон вычисления касательной силы трения, действующей на единицу площади жидкости или стенки твердого тела, находящегося в жидкости, который был экспериментально доказан в 1883 г. профессором . С его помощью можно определить, при каком значении коэффициента вязкостиI произойдет переход ламинарного течения в турбулентное.

Для воды коэффициент вязкости в системе СИ при температуре 20 °С равен 10-6 м2/с.

В протяженных трубопроводах становятся существенными потери напора за счет трения жидкости о стенку трубы, приводящие к превращению части механической энергии в теплоту. Эта часть потерь напора называется потерями напора по длине трубы. К потерям напора приводят также повороты, резкие сужения, расширения и другие изменения геометрии трубы, способствующие вихреобразованию. Эти препятствия потоку называются местными сопротивлениями. Значения коэффициентов местного со противления приведены в справочной литературе.

3.4. Истечение жидкости из отверстий через водосливы. Гидравлический удар в трубопроводах

Истечение жидкости из отверстий. Струя, вытекающая из отверстия, преодолевает местные сопротивления. При вытекании струи через отверстие, имеющееся в вертикальной стенке емкости, на некотором расстоянии от него происходит сжатие ее попе речного сечения. По характеру сжатие бывает полным, если струя сжата по всему периметру отверстия, и неполным, если струя не имеет бокового сжатия с одной или нескольких сторон, например если отверстие примыкает к стенке или ко дну сосуда, которые при этом являются направляющими для вытекающей струи.

Полное сжатие будет совершенным, если отверстие расположено на значительном расстоянии от боковых стенок и дна сосуда (они не оказывают влияния на сжатие струи), и несовершенным, если на него оказывают влияние стенки или дно сосуда.

Насадком называют короткую трубу, присоединенную к отверстию в тонкой стенке. длина насадка равна трем—пяти диаметрам отверстия. По форме насадок может быть внешним цилиндрическим, внутренним цилиндрическим, коническим сходящимся, коническим расходящимся и коноидальным.

Водосливом называют сооружение (стенку), через которое происходит перелив жидкости. По форме выреза в стенке водосливы бывают прямоугольными, трапецеидальными, треугольными, круглыми, параболическими и т. д.

По условиям бокового сжатия потока различают водосливы без бокового сжатия, когда ширина русла равна ширине водослива, и водосливы с боковым сжатием — ширина русла больше ширины водослива. При проектировании водослива рассчитывают объемный расход жидкости, через водослив, который определяется как объем жидкости, истекающей из прямоугольного отверстия.

Гидравлический удар в трубопроводах. Называя жидкость несжимаемой или капельной, имеют в виду малую ее сжимаемость по сравнению с газами. При изменении давления на 0,1 МПа объем жидкости изменяется всего на сотые доли процента. Есть, однако, процессы, при которых и эти изменения объема существенны и им нельзя пренебрегать. К их числу относится большая группа динамических процессов, связанных с распространением волн давления в трубопроводах, в частности явление гидравлического удара.

В напорном трубопроводе при внезапном изменении скорости движения жидкости, мгновенной остановке или появлении движения возникает гидравлический удар, сопровождающийся резким повышением и понижением давления. Например, при мгновенной остановке движения жидкости, когда кинетическая энергия переходит в работу сил давления, т. е. жидкость оказывается сжатой, в трубопроводе возникает удар непосредственно у крана. Ударная волна распространяется по жидкости с постепенным затуханием колебаний.

Возникающее добавочное давление внутри трубопровода может привести к разрыву стыковых соединений, арматуры, стенки трубопровода. Если трубопровод перекрыт с обеих сторон, то наблюдается постепенное затухание ударной волны. При наличии свободной поверхности (бака) волна затухает сразу.

На явлении гидравлического удара основано действие некоторых механизмов, например гидравлического тарана, поднимающего воду в горных местностях.

4.1. Источники водоснабжения

Водоснабжение населенных пунктов осуществляют из подземных и поверхностных источников. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность. Водоносные горизонты, расположенные непосредственно у поверхности земли или в уровне соседних водоемов, называют грунтовыми. Они характеризуются повышенной загрязненностью и должны очищаться при использовании их для целей водоснабжения.

Напорные воды заполняют водоносные горизонты полностью. Примером может служить вода в водоносном горизонте, расположенном ниже близлежащих водоемов или их питающих. Артезианские воды, как правило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки.

В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт, вода поднимается до пьезометрической линии, т. е. уровня поверхности воды близлежащего водоема (рис. 8.1). Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды из колодца. Такие колодцы называют самоизливающимися (артезианскими).

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии водозабора, называют статическим. Статический уровень безнапорных вод совпадает с уровнем подземных вод, а напорных вод — с пьезометрической линией. При откачке воды из колодца уровень ее снижается тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называют динамическим.

Уровни воды и пьезометрические линии, устанавливающиеся вокруг колодцев при откачке из них воды (в поперечном разрезе они имеют выпуклую форму), называют кривыми депрессии. Область, ограниченную кривыми депрессии, называют депрессионной воронкой.

Рис. 8.1. Схема образования и залегания подземных вод:

1-водоупорные породы: 2— водоносные породы: К — колодцы; И — источники (родники)

Безнапорные и напорные воды могут выходить на дневную поверхность (родники). Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом, а выход напорных вод — восходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и также может использоваться для целей водоснабжения без очистки.

К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, водохранилища и озера. Для промышленных целей может использоваться и морская вода. При отсутствии в приморских районах пресной воды морская вода после опреснения может использоваться для хозяйственно-питьевых целей. Однако это должно быть обосновано технико-экономическими соображениями.

Воду из поверхностных источников рекомендуется использовать для водоснабжения при недостаточно дебите или непригодности подземных вод. Перед использованием для хозяйственно-питьевого водоснабжения воду из поверхностных источников обычно очищают, а перед использованием для водоснабжения некоторых производств, не нуждающихся в высоком качестве воды, ее подвергают только простейшей очистке либо вообще не очищают.

При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды в нем и его мощность, требования, предъявляемые к качеству воды потребителями, технико-экономические соображен и другие факторы. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения наиболее более пригодны подземные воды, так как они обладают сравнительно высоким качеством и часто не нуждаются в очистке.

4.2. Водозаборные сооружения из подземных источников

Выбор типа сооружения для приема подземных вод зависит от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта. Сооружения для приема подземных вод могут быть подразделены на четыре вида: водозаборные скважины; шахтные колодцы; горизонтальные водозаборы; каптажные камеры.

Водозаборные скважины (трубчатые колодцы) служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Это наиболее распространенный вид водозаборных сооружений для систем водоснабжения городов, сельских населенных пунктов и промышленных предприятий. Их устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. По мере заглубления скважины диаметр обсадных труб уменьшают. В результате скважина приобретает телескопическую форму. Зазоры между отдельными обсадными трубами за (тампонируют) цементным раствором. В скальных грунтах стенки скважин обсадными трубами не крепят. Над верхом скважины устраивают кирпичную, бетонную или железо бетонную камеру. В нижней части скважины устанавливают фильтр.

Водозаборные скважины размещают перпендикулярно направлению потока подземных вод. Их количество зависит от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта. В зависимости от глубины залегания динамического уровня воды, она либо сам изливается из скважин в сборные резервуары, либо (при глубоком залегании) ее выкачивают насосами.

Шахтные колодцы служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м.

Они представляют собой вертикальный проем в грунте, доходящий до водоносного слоя. Такие колодцы делают из бетона, железобетона, кирпича, бутового камня и дерева. Их, как правило‚ опускным способом. Наиболее часто для них используют бетонные кольца круглой формы в деревянные срубы квадратной формы в плане. В дне шахтных колодцев для приема волы устраивают обратные фильтры, т. е. насыпают песок, грашебень, увеличивая крупность зерен снизу вверх. Чтобы усилить поступление воды, в стенках колодцев делают отверстия, для чего используют бетонированные трубы, фильтры или зазоры кладки. С этой же целью донный фильтр увеличивают по площади или за счет его радиального расположения (лучевой водозабор).

Шахтные колодцы располагают перпендикулярно направлению потока грунтовых вод. При значительной потребности в воде устанавливают несколько колодцев, связанных сифонами со сборной емкостью из которой воду насосами перекачивают в очистные сооружения или к потребителю.

Горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м) при малой мощности водоносного горизонта. Их выполняют в уровне залегания водоносного слоя из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиям, для горизонтальных водозаборов целесообразно использовать трубы овоидального сечения, у которых больше площадь водоприемной поверхности. Для предотвращения засорения их обсыпают фильтрующей песчано-гравийной смесью. Чтобы исключить поступление в водозаборы загрязненных поверхностных вод, в уровне земли над ними устраивают глиняную подушку.

Инженерное оборудование территории водоснабжение

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ

6.3 Инженерное оборудование: водоснабжение, канализация, теплофикация и т.Д.

Инженерное оборудование, тепло-, газо-, водоснабжение территорий и зданий. Электрические сети и схемы электроснабжения (стр. 1 )