Расчет систем водоснабжения

В зависимости от напора водонапорные сети предприятий различают:

— низконапорные сети (величина напора менее 30 м);

— средненапорные сети (величина напора 40 — 100 м);

— высоконапорные сети (величина напора более 100 м).

Для создания средних и высоких напоров используют насосные станции второго, третьего и выше подъемов. Подача воды осуществляется по магистральным и кольцевым схемам. Магистральные схема применяются для подачи воды от НС последнего подъема в районы потребления воды (цех, промышленный район).

Для подачи воды непосредственно потребителю используют трубы небольшого диаметра. Расчет диаметров трубопроводов у потребителей не производится, проводится расчет только магистральных линий. Правильный выбор диаметра трубопроводов необходим для:

— обеспечения пропускной способности;

— создания необходимого располагаемого напора у потребителей.

Эти задачи решаются с помощью гидравлического расчета. Исходя из начальных условий, возможны три варианта проведения расчетов:

— при заданных расходах длинных участков и потерях напора определить необходимый диаметр трубопровода;

— при заданных длинах, диаметров трубопроводов и потерях в сети определить суммарный расход воды;

— при заданных длинах, диаметрах и расходах определить потери напора по участкам.

Наиболее часто встречающейся задачей является определение диаметра трубопровода на участке. В общем случае он определяется по формуле:

,

где Q — количество воды потребляемой предприятием,

V — скорость течения воды.

Зависимость между Q и V выражается формулой:

,

где F — площадь поперечного сечения.

Обычно скорость течения воды задается, при этом исходя из экономических соображений при расчетах применяется экономическая скорость, которая определяется из следующих условий:

если d 1000 мм, то V = 0,8 — 0,9 м/с

Вторым параметром, имеющим важное значение для расчета трубопроводов, являются гидравлические потери:

— линейные (по длине труб);

Для протяженных и разветвленных ветвей местные потери имеют небольшие значения и при расчетах принимаются 5 — 10 % от линейных.

Для расчета внутренних коммуникаций и сетей малой протяженности потери рассчитываются по формуле:

Для квадратичной области течения используют первую и вторую водопроводную формулу:

1)

2)

Для упрощенных расчетов разработаны таблицы и монограммы.

Водопроводы и водопроводные сети выполняются из металлических и не металлических материалов:

при P от 10 до 16 атм — чугунные трубы;

при P до 10 атм — стальные трубы.

В местных сетях небольшого давления и протяженности используют асбестно–цементные, железобетонные и пластмассовые трубы.

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

У ч е б н о – м е т о д и ч е с к о е п о с о б и е

по изучению дисциплины «Водоснабжение и водоотведение

с основами гидравлики» и задания по выполнению курсовой работы

для студентов по направлению подготовки «Строительство»

заочной формы обучения

Саратов 2016

Основы гидравлического расчета систем водоснабжения и водоотведения:Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины «Водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики» и выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки «Строительство» заочной формы обучения /Сост. Миркина Е.Н., Горбачева М.П: ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2016. 71 с.

Учебно-методическое пособие направлено на формирование навыков профессиональной компетенции по проектированию систем водоснабжения и водоотведение зданий, сооружений и населенных мест и городов, а также их эксплуатации и реконструкции.

Материал ориентирован на вопросы профессиональной компетенции будущих специалистов в области водоснабжения и водоотведения. Учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические сведения гидравлики, водоснабжения и водоотведения, а так же задание на выполнение курсовой работы для студентов по направлению подготовки «Строительство».

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ……………………………………………. 5

2. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ……………………………………………8

3. ОСНОВЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ…………………………………………..15

4. ОСНОВЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ…………………………………………. 22

5. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

6. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ВОДОСНАБЖЕНИЕ И

ВОДООТВЕДЕНИЕ С ОСНОВАМИ ГИДРАВЛИКИ» 42

ВВЕДЕНИЕ

Вода является основой жизни на Земле. Основа здоровья населения – это качество воды. Однако интенсивное воздействие человека на окружающую среду привело к загрязнению и истощению водных ресурсов.

Правительство РФ уделяет большое внимание охране водных ресурсов. В последние годы были разработаны документы и программы: «Вода России — ХХI век», федеральные целевые программы «Возрождение Волги», «О питьевой воде и питьевом водоснабжении» и программы социально-экономического развития регионов РФ.

Сохранение водных источников при постоянно увеличивающемся потреблении и загрязнении их промышленными и бытовыми отходами – одна из актуальных проблем современности. Во многих регионах России наблюдается дефицит пресной воды, а в отдельных регионах из-за изношенных систем водоснабжения и водоотведения – дефицит качественной воды.

В настоящее время объемы строительства и реконструкции систем водоснабжения и водоотведения возрастают.

Поэтому при изучении дисциплины «Водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики» необходимо изучить основы гидравлики, для обеспечения надежной работы сооружений выполняют гидравлические расчеты, которые являются важной частью комплекса инженерных расчетов объектов и сооружений, входящих в состав систем водоснабжения и водоотведения. Без знаний основ гидравлики не возможно произвести расчеты по реконструкции многих сооружений входящих в систему водоснабжения и водоотведения.

ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

Гидростатикой называется раздел механики жидкости, в котором изучаются законы равновесия жидкостей, а также применение этих законов к решению инженерных задач.

На любую материальную среду действуют различные силы (массовые, поверхностные). В результате внутри среды возникают напряжения, которые можно разложить на нормальные и касательные. Нормальные напряжения бывают сжимающие и растягивающие. Твердые тела способны без разрушения выдерживать и те и другие. Жидкости же растягивающих нормальных напряжений не выдерживают.

Внутри неподвижной жидкости могут существовать только нормальные сжимающие напряжения. Их величина в данной точке жидкой среды называется гидростатическим давлением (p). Гидростатическое давление может быть различным в различных точках жидкой среды и является однозначной функцией координат

Уравнение равновесия жидкости, находящейся в относительном покое может быть записано в дифференциальной форме:

,

где: проекции на соответствующие оси координат равнодействующей массовых сил, отнесенных к единице массы; плотность жидкости, .

Основной закон гидростатики имеет вид

,

где: геометрическая высота, т.е. расстояние от произвольной горизонтальной плоскости сравнения до рассматриваемой точки покоящейся жидкости; удельный вес жидкости.

Гидростатическое давление в точке определяется по формуле

,

где: внешнее давление; удельный вес жидкости; глубина погружения точки.

В системе СИ гидростатическое давление измеряется в или в Паскалях [ Па= ]. В других системах единиц измерения размерность давления зависит от размерности силы и площади. Так, в технической системе масс размерность давления .

Гидростатическое давление может быть условно выражено высотой столба жидкости h= . Наиболее часто для измерения давления используется ртутный и водяной столб.

В гидравлике за величину атмосферного давления принята постоянная величина, называемая технической атмосферой:

Давление, равное одной технической атмосфере эквивалентно давлению столба воды высотой 10 м т.е.

Читайте также:  Конвектор электрический ресанта ок 2000 2000вт

Гидростатическое давление, определяемое по отношению к полному нулю подавлению уравнению, именуется полным или абсолютным давлением.

Абсолютное давление в данной точке жидкости может быть как больше, так и меньше атмосферного давления. Когда давление больше атмосферного, говорят об избыточном (или манометрическом) давлении.

,

а когда меньше атмосферного – о вакуумметрическом давлении

,

Жидкость, находясь под давлением, оказывает силовое воздействие на находящиеся в ней тела и поверхности. В результате на поверхности площадью , будет действовать результирующая сила, называемая силой давления.

Сила абсолютного давления жидкости на горизонтальную поверхность равна гидростатическому давлению, умноженному на площадь .

,

где: сила давления с учетом внешнего давления; глубина погружения данной горизонтальной поверхности.

Сила избыточного (манометрического) давления при условии, что внешнее давление в уравнении равно атмосферному , определяется по уравнению:

Сила давления жидкости на плоские стенки может быть вычислена аналитическим либо графоаналитическим способом с помощью эпюры гидростатического давления. Центр давления, т.е. точка приложения равнодействующей сил давления, также может быть определен этими двумя способами.

Точка приложения равнодействующей сил манометрического давления для симметричной поверхности определяется по формуле:

,

где: расстояние от свободной поверхности до центра давления, м; расстояние от свободной поверхности, м; смоченная площадь плоской поверхности, м 2 ; момент инерции смоченной площади относительно оси, проходящей через центр тяжести, параллельно линии уреза жидкости.

ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ

Гидродинамикой называется раздел механики жидкости, в котором изучаются законы движения жидкостей, а также применение этих законов к решению инженерных задач.

Основными гидродинамическими параметрами жидкости являются скорость движения жидкости и гидродинамическое давление. Скорость движения жидкости в данной точке пространства называется местной скоростью. Если местная скорость и давление не зависят от времени, то движение жидкости называется установившимся. Далее будем рассматривать только установившееся движение жидкости.

Линией тока называется такая линия, в каждой точке которой вектор местной скорости направлен по касательной к этой линии. Трубкой тока называется поверхность, образованная линиями тока, проведенными через все точки бесконечно малого замкнутого контура. Масса жидкости внутри трубки токи называется элементарной струйкой жидкости. Предельным положением элементарной струйки является линия тока. Совокупность (множество) элементарных струек образуют поток жидкости.

Рисунок 1 Линия тока: а) ̶ определение;

б) ̶ обозначение

Живым сечением потока ω называется поверхность, проведенная перпендикулярно всем линиям тока.

Движение жидкости называется равномерным, если оно одновременно удовлетворяет двум условиям:

1) живые сечения постоянны;

2) местные скорости постоянны вдоль линии тока.

Из определения следует, что при равномерном движении линии тока прямые, а живые сечения – плоские. В противном случае движение называется неравномерным.

Неравномерные движения, характеризующиеся изменяющимися живыми сечениями, подразделяются на:

1) плавно изменяющиеся (кривизна линий тока и живых сечений незначительны);

2) резко изменяющиеся.

Если движение плавно изменяющееся, то живые сечения потока можно считать плоскими, а давление в них изменяется по гидростатическому закону.

Напорным называется такое движение жидкости, при котором свободная поверхность потока отсутствует.

При безнапорном движении жидкости поток имеет свободную поверхность, давление на которой равно атмосферному.

Часть периметра живого сечения χ, соприкасающаяся с твердыми стенками, называется смоченным периметром.

Отношение площади живого сечения ω к смоченному периметру χ называется гидравлическим радиусом (не путать с геометрическим):

, [ м ]

Расходом называется объем жидкости, проходящий через живое сечение потока в единицу времени:

[ м 3 /с ]

Отношение расхода к площади живого сечения называется средней (фиктивной) скоростью:

Читайте также:  Электрический котел для отопления эван next

[м /с]

При равномерном или плавно изменяющемся движении расход через все живые сечения потока постоянен:

Уравнение называется уравнением неразрывности в гидравлической форме.

При равномерном или плавно изменяющемся движении для двух расчетных сечений потока имеет место уравнение Бернулли.

Здесь α₁, α₂ – коэффициенты кинетической энергии; V₁, V₂ – средние скорости, м/с; p₁, p₂ – давления, Па; z₁, z₂ – расстояния от выбранной горизонтальной плоскости сравнения до рассматриваемых сечений 1-1 и 2-2, м; h_1-2 – потеря энергии (напора) при перемещении единицы веса жидкости из первого расчетного сечения во второе, м.

Рисунок 2. Диаграмма уравнения Бернулли для реальной жидкости

Величина h_1-2 может быть найдена только после выяснения механизма работы сил трения, зависящих от режима движения жидкости.

Существуют два различных режима движения – ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме движение жидкости носит слоистый характер, перемешивание слоев отсутствует (рисунок 3).

Рисунок 3 — Ламинарный режим

Турбулентный режим характеризуется интенсивным перемешиванием жидкости, ее частицы движутся хаотично по самым разнообразным траекториям (рисунок 4).

Рисунок 4 — Турбулентный режим

Режим движения определяют по значению числа Рейнольдса:

где V – средняя скорость; d – внутренний диаметр трубы; ν – кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Если Re 2300 – турбулентный.

При движении вязкой жидкости возникают потери напора (энергии), обусловленные работой сил трения (гидравлическими сопротивлениями).

Принято различать два вида потерь напора:

— потери напора по длине потока h_l , равномерно распределенные по его длине;

— местные потери напора h_М, сосредоточенные в местах резкого изменения конфигурации стенок ограничивающих поток.

Потери напора по длине при равномерном движении жидкости находятся по формуле Дарси-Вейсбаха:

,

где l – безразмерный гидравлический коэффициент трения.

В общем случае гидравлический коэффициент трения есть функция от числа Рейнольдса и относительной шероховатости:

где D – эквивалентная абсолютная шероховатость.

Величину l в соответствии с графиком Никурадзе обычно вычисляют по следующим формулам:

1) при ламинарном режиме движения (Re 500 d/ D) формула Шифринсона

.

Формулу Альтшуля можно применять для любой области трения при турбулентном режиме движения.

Потери напора на местных сопротивлениях определяют по формуле Вейсбаха:

где ζ _М– коэффициент местного сопротивления; V– средняя скорость, как правило, после местного сопротивления.

Рисунок 5 — Простейшие местные сопротивления:

а) сужение трубы, б) расширение трубы

В области квадратичного трения коэффициенты местных сопротивлений не зависят от режима движения жидкости, а полностью определяются типом местного сопротивления.

Если в системе имеется несколько местных сопротивлений и расстояния между ними превосходят (20…30)d, то суммарные потери напора в системе находятся по формуле

.

При истечении жидкости через отверстия различают малые и большие отверстия. Отверстие считается малым, если его вертикальный размер мал по сравнению с напором над центром отверстия (a

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

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

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

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.