2.7 Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск расхода на пожаротушение (в час максимального водопотребления)

Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск хозяйственно-питьевого и производственного расхода воды

Основной задачей расчета проектируемого наружного водопровода является обеспечение подачи воды к каждому зданию и сооружению в необходимом количестве, под соответствующим напором, также для выбора диаметра труб и определения потерь напора в водопроводной сети и для установления напоров у насосной станции, подбора насосов, определения высоты водонапорной башни.

При расчете кольцевой сети, имея узловые расходы и точки питания сети намечаем распределения потоков воды по всем участкам сети, соблюдая для каждого узла сети условия ?Q²_узл. = 0. Распределения потоков воды по всем участкам сети производим, идя от конца сети к началу.

Основными факторами, определяющими диаметр участка водопроводной сети, является расчетный расход и скорость.

Определим удельный расход воды:

q_уд = (Q^х.п._{сек.мах} + Q^пол._сек.)/L

где, Q^х.п._{сек.мах} - максимальный секундный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта, л/с; Q^пол._сек. - среднесуточный расход воды на поливку в населенном пункте в л/с; L - длина магистральной линии, м.

L = l_0-1 + l_1-2 + l_2-3 + l_3-4 + l_4-5 + l_5-6 + l_6-0 + l_5-2

где, l_i - длина i-го участка водопроводной сети, м.

L = 700 + 400 + 1400 + 800 + 1400 + 700 + 1200 + 800 = 7400 (м).

q_уд = (Q^х.п._{сек.мах} + Q^пол._сек.)/L

q_уд = (55,6 +130,8) / 7400 = 0,025 (л/с)

Определение путевой расход воды:

q_{пут i} = q_уд • l_i,

q_{пут 0-1} = q_уд • l_0-1

q_{пут 0-1} = 0,025 • 700 = 17,6(л/с)

q_{пут 1-2} = q_уд • l_1-2

q_{пут 1-2} = 0,025 • 400 = 10,1 (л/с)

q_{пут 2-3} = q_уд • l_2-3

q_{пут 2-3} = 0,025 • 1400 = 35,3(л/с)

q_{пут 3-4} = q_уд • l_3-4

q_{пут 3-4} = 0,025 • 800 = 20,1(л/с)

q_{пут 4-5} = q_уд • l_4-5

q_{пут 4-5} = 0,025 • 1400 = 35,3(л/с)

q_{пут 5-6} = q_уд • l_5-6

q_{пут 5-6} = 0,025 • 700 = 17,6(л/с)

q_{пут 6-0} = q_уд • l_6-7

q_{пут 6-0} = 0,025 • 1200 = 30,3(л/с)

q_{пут 5-2} = q_уд • l_2-6

q_{пут 5-2} = 0,025• 800 = 20,1(л/с)

где, q_уд - удельный расход воды, л/с;

l_i - длина i-го участка водопроводной сети, м.

Сумма путевых расходов всех расчетных участков сети должна равняться полному секундному расходу воды для населения города:

Q^х.п._{сек.мах}= ? q_{пут i}

Q^х.п._{сек.мах}=17,6 +10,1+35,3+20,1+35,3+17,6+30,3+20,1=186,4 (л/с)

Вычисленные путевые расходы воды отдельных участков заменяем узловыми расходами, Q_узл, л/с:

Q^._узлn= 0,5 • ? Q_{пут i}

где, Q_{пут i} - сумма путевых расходов на участках прилегающих к n - му узлу, л/с.¹ Своды правил СП-31.13330, «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» 2012г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mchs.gov.ru (дата обращения: 24.05.2014)..

Т.е. узловой расход в каждом узле сети равняется полу сумме путевых расходов всех участков сети примыкающих к данному узлу.

Узловые расходы сводим в таблицу 2

Таблица 2 Узловые расходы

Определение расхода воды по участкам водопровода

За диктующую точку принимаем наиболее удаленный от насосной станции НС - II узел жилого поселка № 4. В этой же точке находится и промышленное предприятие (по заданию). Расход предприятия прибавляем к расходу в точке №4. Общий расход в точке №4 будет равен:

Q^.4_{общ.сек} = Q⁴_сек + Q^произ._{общ.сек}

Q^.4_{общ.сек} = 27,7 + 46,5 = 74,2 л/с

Принимаем, что к точке №4 по участку 4-5 поступает 47,10 л/с., по участку 3-4 поступает по 27,10 л/с. , по участку 2-5 (промежуточный между двумя кольцами) - 7 л/с.

Расходы по остальным участкам трубопровода определяем по расчетным формулам таблицы 3.

Таблица 3 Расходы по участкам трубопровода

Проводим проверочный расчет:

Q^._{общ.сек} = Q^х.п._{сек.мах} + Q^пол._сек.. + Q^произ._{общ.сек} = Q_0-1 + Q_0-6+ Q₀

232,9 = 55,6 +130,8 + 46,5 = 98,4 +100,55 + 23,95

Распределение объемов воды выполнено правильно.

Для объединенного противопожарного водопровода принимаем металлические трубы (водопроводные) стандартного диаметра от 100 мм и более в зависимости от расхода воды на этом участке с использованием «Таблиц для гидравлического расчета водопроводных труб» Ф.А. Шевелева.

Диаметр труб D, мм, определяем по формуле 9:

  Своды правил СП-31.13330, «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» 2012г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mchs.gov.ru (дата обращения: 24.05.2014)..

где Q - расчетный расход м3/с(табл); н - средняя экономическая скорость, принимаемая для труб малых диаметров (до 300 мм) - 0,7 - 1,0 м/с, для средних и больших диаметров (более 300 мм) - 1,0 - 1,5 м/с. (Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб» Ф.А. Шевелева Раздел А.)

Полученные значения сводим в таблицу 4.

Определение потерь на участках

При этом для подсчета потерь напора по контуру кольца величина потери напора считается положительной в том месте, где направление потока совпадает с ходом часовой стрелки и отрицательный там, где направление потока противоположно ходу часовой стрелки.

Потери напора на участках сети между узлами определяем по формуле:

h = 1000i• l_I/1000 Своды правил СП-31.13330, «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» 2012г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mchs.gov.ru (дата обращения: 26.05.2014)..;

Где: 1000i - коэффициент Шевелева (табл.II Ф.А. Шевелева);

i - гидравлический уклон;

l_i - длина участка сети между узлами_.

Полученные значения сводим в таблицу4.

Гидравлический расчет на пропуск воды в обычное время

Таблица 4. Потери напора воды по участкам в обычное время

Для каждого кольца выберем условно - положительное направление - по часовой стрелке (приложение 1). Т.к. оба кольца сети удовлетворяют условию - 0,5 <Дh< 0,5, Следовательно, сеть увязана.

2.8 Гидравлический расчет водопроводной сети на пропуск расхода воды во время пожара

Определяем общий расход воды в час максимального водопотребления при пожаре по формуле 10:

Q^Упож = Q^х.п._{сек.мах}+ Q^пож_сек (л/с) Своды правил СП-8.13130, «Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности» 2012г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru (дата обращения: 27.05.2014)

Q^Упож=186,4 + 106,25 = 292,65 л/с

Проверочный расчет сети

Принимаем наихудший вариант возникновения пожаров - пожары произошли промышленном предприятии(узел №4) и в населенном пункте в точке (узел №3) одновременно.

Проверяем пропускную способность труб и скорость движения воды по ним.

Скорость движения воды по трубам во время пожара не должна превышать V_доп^макс = 2,5 м/с

Полученные значения сводим в таблицу 5.

Таблица 5. Потери напора воды по участкам во время пожара

Определяем величину увязочного расхода.

Так как невязки потерь напора в кольце №2 получаются не допустимыми(более 0,50м), производим исправления предварительно намеченных расходов отдельных линий. Для увязки сети используем метод инженера М.М. Андрияшева. 

Величины поправочных расходов определяем по формуле11:

Дq= q_срДh / 2 ? h Своды правил СП-8.13130, «Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности» 2012г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru (дата обращения: 27.05.2014)

где q_cp = ?q_i/n - среднее арифметическое значение расхода воды в контуре, включающее в себя n участков;

?q_i - арифметическая сумма расходов на всех участках контура; п - число участков контура;

?h - арифметическая сумма потерь напора по всему контуру (без учета знака);

Дh - невязка в контуре.

Положительные увязочные расходы прибавляем к положительным расходам линии и вычитаем из отрицательных расходов, а отрицательные наоборот, соответственно этому увязочные расходы записываем против каждого участка кольца со знаком плюс или минус.Там же.

Дq= q_срДh / 2 ? h(л/с)

Дq= 100,1• 2,27/ 2• 50,923 =2,04л/с

Перераспределяем потоки с учетом поправки расхода и данные сводим в таблицу

Таблица 6. Потери напора воды по участкам во время пожара с учетом поправки расхода

Т.к. оба кольца сети удовлетворяют условию -0,5<Дh<0,5, следовательно, сеть увязана.

Рассчитываемая водопроводная сеть обеспечит пропуск необходимых расходов воды для целей пожаротушения. Скорость воды на всех участках удовлетворяет требованию:

V_i^макс<V_доп^макс

Где: V_i^макс - максимальная скорость на участке (3 - 4) равная 1,38 м/с

V_доп^макс = максимальная допустимая скорость равная 2,5 м/с.