В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Выполнил:

Студент гр. ……………..

Ф.И.О.

Проверил:

Доцент, к.т.н.

…………………(В.И.Морозов)

Санкт-Петербург

 СПбГПУ

200..г

ЗАДАНИЕ

к практическим занятиям по курсу "Водоснабжение"

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Расчетное число жителей в населенном пункте, чел.     14000

2. Степень санитарно-технического благоустройства зданий:

    внутренний водопровод и канализация с централизованным горячим

    водоснабжением

3. Этажность зданий:       3      этажей

4. Источник водоснабжения:          артезианская скважина

5. Общественно-бытовые здания:

     а)          гостиница       на       600  чел.

     б)          детский сад    на       500  чел.

     в)          общежитие     на       500  чел.

6. Промышленное предприятие:

6.1. Норма потребления воды на единицу выпускаемой продукции     110   л.

6.2. Количество выпускаемой продукции по сменам, в единицах:

     а)          1 смена          150

     б)          2 смена          150

     в)          3 смена          150

6.3. Количество рабочих и служащих на промышленном предприятии, чел:

     а)          1 смена         800,    из них в горячих цехах – 200

     б)          2 смена         800,    из них в горячих цехах – 200

     в)          3 смена         800,    из них в горячих цехах – 200

     г)          Количество рабочих, пользующихся душем    25 %

6.4. Допустимое снижение подачи воды на промышленное предприятие при

       аварии на одном из водоводов       30 %

7. Географическое расположение населенного пункта:       Иркутская  обл.

ТРЕБУЕТСЯ:

1. Определить суточные, часовые и расчетные расходы воды.

2. Построить графики водопотребления по часам суток для населенного пункта

3. Определить режим работы насосных станций.

4. Определить вместимость резервуаров чистой воды и объем бака водопроводной башни.

5. Наметить в плане водопроводную сеть, местоположение насосных станций, очистных сооружений и водонапорной башни.

6. Сделать расчет водоводов.

7. Произвести гидравлический расчет водопроводной сети.

8. Построить линии пьезометрических высот, определить высоту водонапорной башни.

9.  Оформить проделанную работу в виде пояснительной записки.

Задание выдал:                                                                     В.И.  Морозов

Министерство образования Российской Федерации

__________

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ОБОРУДОВАНИЕ

ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Выполнил:

Студент гр.   301/1.

Проверил:

Доцент, к.т.н.

…………………(В.И.Морозов)

Санкт-Петербург

СПбГПУ

2004

СОДЕРЖАНИЕ

1. Определение суточных, часовых и расчетных расходов воды……….3

1.1. Определение среднесуточных расходов воды

1.2. Определение максимальных суточных расходов воды

1.3. Определение расчетных часовых расходов воды

2.    Построение графика водопотребления по часам суток для населенного пункта……………………………………………………………………………9

3. Определение режима работы насосных станций…………………...…10

4. Определение вместимости резервуаров чистой воды и

объема бака водонапорной башни………………………………………….…11

4.1. Определение вместимости резервуаров чистой воды

4.2. Определение числа и размеров резервуаров чистой воды

4.3. Определение вместимости бака водонапорной башни

4.4. Определение размеров бака водонапорной башни

5.    Трассирование магистральной водопроводной сети. Определение местоположения водопроводных сооружений……………………………..…15

6.    Расчет водоводов…………………………………………………………16

7.    Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети…………18

7.1. Подготовка к гидравлическому расчету

7.2. Гидравлический расчет

8.    Построение линий пьезометрических высот………………………….26

9.    Литература………………………………………………………………29

1.  Определение суточных, часовых и расчетных расходов воды.

       1.1. Определение среднесуточных расходов воды

      Среднесуточный расход воды на хозяйственно – питьевые и коммунальные нужды населенного пункта определим по формуле (1):

Qсут.ср = qн ? N ? 10-3,                                                (1)

где     qн – среднесуточное удельное хозяйственно-питьевое водопотребление на одного жителя в л/сут, принимаемое по [1]; N – число жителей в населенном пункте на расчетный период.

      Число жителей по заданию cоставляет 14000 человек.

Q к.с.сут.ср = qн ? N ? 10-3 = 162 ? 14000 ? 10-3=2268 м3/сут.

      Среднесуточный расход воды на общественные здания также определяем по формуле (1), где  qн - норма расхода холодной воды в л/сут на одного посетителя (проживающего, учащегося), принимаемая по [2];             N – расчетное за сутки число посетителей (проживающих, учащихся).

            Среднесуточный расход воды на гостиницу:

Q гост.сут.ср = qн ? N ? 10-3= 900 ? 600 ? 10-3= 54 м3/сут.

      Среднесуточный расход воды на детский сад:

Q д.сад.сут.ср = qн ? N ? 10-3= 70 ? 500 ? 10-3= 35 м3/сут.

      Среднесуточный расход воды на общежитие:

Q общ.сут.ср = qн ? N ? 10-3= 70 ? 500 ? 10-3= 35 м3/сут.

      Среднесуточный расход воды жилого сектора найдем, как разницу между расходом на хозяйственно – питьевые нужды населенного пункта и расходом на общественные здания.

Q жил.с.сут.ср  = Q к.с.сут.ср - ? Q общ.зд.сут.ср= 2268 – (54+35+35) = 2144 м3/сут

      Среднесуточный расход воды на хозяйственно–питьевые нужды промышленного предприятия по видам цехов находим, как сумму объемов воды, потребляемых в каждую смену и определяемых по формуле (1):

Q см = qн ? Nсм. ?10-3,

где     - нормы расхода холодной воды в л/сут на одного работающего по видам цехов, принимаемая согласно [2]; Nсм. – число людей, работающих на предприятии в каждую смену по видам цехов.

    

     Горячие цеха:

1 смена                         Q х.п.1 см.= 21 ? 200 ? 10-3= 4,2 м3/сут;

2 смена                         Q х.п.2 см.= 21 ? 200 ? 10-3= 4,2 м3/сут;

3 смена                         Q х.п.3 см.= 21 ? 200 ? 10-3= 4,2 м3/сут.

Q гор.ц.сут.ср  = ? Q х.п.см. = 4,2*3 = 12,6 м3/сут.

     Остальные цеха:

1 смена                         Q х.п.1 см.= 14 ? 600 ? 10-3= 8,4 м3/сут;

2 смена                         Q х.п.2 см.= 14 ? 600 ? 10-3= 8,4 м3/сут;

3 смена                         Q х.п.3 см.= 14 ? 600 ? 10-3= 8,4 м3/сут.

Q ост..ц.сут.ср  = ? Q х.п.см. = 8,4*3 = 25,2 м3/сут.

     Среднесуточный расход воды на производственные (технологические)

1 смена                         Q техн.1 см.= 110 ? 150 ? 10-3= 16,5 м3/сут;

2 смена                         Q техн.2 см.= 110 ? 150 ? 10-3= 16,5 м3/сут;

3 смена                         Q техн.3 см.= 110 ? 150 ? 10-3= 16,5 м3/сут.

Q техн.сут.ср  = ? Q техн.см. = 16,5*3 = 49,5 м3/сут.

      Среднесуточный расход воды на пользование душем находим исходя из количества рабочих, пользующихся душем в максимальную смену и группы производственного процесса. Расчетное число человек на одну душевую сетку определяем исходя из санитарных характеристик производственного процесса [3]. В нашем случае в максимальную смену работает 800 человек, из них 25% пользуется душем. Согласно [2] примем на одну душевую сетку 7 человек. Тогда потребное количество душевых сеток по формуле (2) будет равно:

nдуш = Nмакс / Nн ,= 200 / 7 = 29.                                   (2)

где   Nмакс – количество рабочих, пользующихся душем в максимальную смену; Nн – расчетное число человек на одну душевую сетку.

      Среднесуточный расход воды на душ определим из выражения (5)

Q душсут.ср = 0,75?qн ? nдуш ? nсм ? 10-3,

где   qн – норма расхода воды на одну душевую сетку, равная 230 л/ч по холодной воде; nсм – количество смен работы в сутки; 0,75 – коэффициент, учитывающий время пользования душем (45 минут после окончания смены).

Q душсут.ср = 0,75?qн ? nдуш ? nсм ? 10-3= 0,75 ? 230 ? 29 ? 3 ? 10-3 = 15 м3/сут,

1.2. Определение максимальных и минимальных суточных расходов воды

     

      Расчетные расходы воды в сутки наибольшего водопотребления на хозяйственно-питьевые и коммунальные нужды надлежит определять по формуле (4):                   Qсут.макс = Kсут.макс ? Qсут.ср,                                       (4)

где  Ксут - коэффициент суточной неравномерности водопотребления, учитывающий уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменения водопотребления по сезонам года и дням недели. Согласно СНиП 2.04.01-85   Kсут.макс = 1,1 … 1,3.

Принимаем  Kсут.макс = 1,1.

Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Определение расчетных суточных расходов воды

Наименование

водопотребителей

Измеритель

Норма

потреб

ления

Количество

потребителей

Qсут.ср

Qсут.max

м3/сут

А. Жилой и коммунальный сектор

1 житель

162

14000

2268

2494,8

Гостиница

1 житель

90

600

54

59

Детский сад

1 ребенок

70

500

35

38,5

Общежитие

1 житель

70

500

35

38,5

Жилой сектор

2144

2358,4

Б.Промышленный

сектор

102,3

102,3

Хоз.питьевые

нужды

Горячие цехи

1 смена

2 смена

3 смена

Остальные цехи

1 смена

2 смена

3 смена

1 работаю-

щий

21

21

21

14

14

14

200

200

200

600

600

600

4,2

4,2

4,2

8,4

8,4

8,4

4,2

4,2

4,2

8,4

8,4

8,4

Технологические нужды

1 смена

2 смена

3 смена

Единица

продукции

110

110

110

150

150

150

16,5

16,5

16,5

16,5

16,5

16,5

Расход воды

на душ

1 душевая

сетка

230

29

15

15

Всего по

населенному

пункту

А + Б

2370,3

2597,1

1.3. Определение расчетных часовых расходов

      Распределение расходов воды по часам суток в населенном пункте, на промышленном предприятии, а также в общественных зданиях принимаем на основании расчетных графиков водопотребления. При этом постараемся избежать совпадения по времени максимальных отборов воды из сети на различные нужды. Например, объем воды, необходимый для пользования душем на промышленном предприятии будем запасать в специальных аккумулирующих баках. Расчетные графики водопотребления примем на основании опыта эксплуатации аналогичных объектов (населенных пунктов, промышленных предприятий, общественных зданий). Так, например, расчетные графики часового водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды населения (жилой сектор) выберем по величине максимального коэффициента часовой неравномерности водопотребления:

К ч.макс = ? макс.  ? макс.,                                        (5)

где  ? макс - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Согласно [1] ? макс = 1,2 … 1,4. Для заданной степени благоустройства зданий (централизованное горячее водоснабжение) примем ? макс = 1,2. ? макс - коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимаемый по [1]. В нашем случае, для населенного пункта с числом жителей 14 тысяч человек коэффициент  ? макс = 1,2.

К ч.макс = ? макс.  ? макс.= 1,2 1,2 = 1,44

     Тогда расход воды в каждый час суток можно определить по формуле:

     Qч.. = Qсут.макс р / 100,                                     (6)

где   р - процент суточного потребления для конкретного часа суток.

      Режим потребления воды на технологические нужды предприятия считаем равномерным в течение смены. Первая смена начинается в 8 часов утра.

     Запас воды на душ создаем за счет накопления воды в баке-аккумуляторе. Время заполнения бака-аккумулятора принимаем равным 3 часам в течение каждой смены [2]. Тогда часовой расход воды на пополнение запаса воды на душ будет равен:

     Q душч.. = Q душсут.макс / (nсм. ? t) = 15 / (3?3) = 1,66 м3/ч.         (7)

Заполнение баков – аккумуляторов будем проводить в часы не совпадающие по времени с максимальными отборами воды из сети. Все расчеты сводим в табл.2. В графе 19 вычислены объемы воды, расходуемые населенным пунктом, нарастающим итогом. Эти данные нам потребуются при определении регулирующего объема бака водонапорной башни.

       Суммируя по горизонтали расходы всех водопотребителей, получим распределение максимального суточного расхода населенного пункта по часам суток. Выделим строку, в которой часовой расход населенного пункта максимальный. Час, которому соответствует эта строка (с 8 до 9 часов)

Часы

суток

Жилой

сектор

Гостиница

Детский сад

Общежитие

Промышленное предприятие

?Q

предв.

Расход

на

душ

?Q

оконч.

W

Хоз.питьевые нужды

Техн.

нужды

Гор.цехи

Ост.цехи

Час

%

м3/ч

%

м3/ч

%

м3/ч

%

м3/ч

%

м3/ч

%

м3/ч

м3/ч

м3/ч

м3/ч

м3/ч

м3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

18

19

0-1

2,98

70,28

0,2

0,118

-

-

0,15

0,058

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

73,43

-

73,43

73,43

1-2

1,92

45,28

0,2

0,118

-

-

0,15

0,058

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

49,075

1,66

50,61

124,04

2-3

1,91

45,05

0,2

0,118

-

-

0,15

0,058

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

48,845

1,66

50,38

174,42

3-4

1,91

45,05

0,2

0,118

-

-

0,15

0,058

12,05

0,506

18,75

1,575

2,063

47,795

1,66

49,33

223,75

4-5

2,36

55,66

0,5

0,295

-

-

0,15

0,058

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

59,107

1,66

60,64

284,39

5-6

3,23

76,18

0,5

0,295

-

-

0,25

0,096

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

80,06

-

80,06

364,45

6-7

4,9

115,56

3,0

1,77

5,0

1,925

0,30

0,115

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

122,86

-

122,86

487,31

7-8

5,02

118,39

5,0

2,95

3,0

1,155

30,00

11,55

15,65

0,657

18,75

1,575

2,063

138,22

-

138,22

625,53

8-9

5,68

133,96

8,0

4,72

15,0

5,775

6,80

2,618

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

150,04

-

150,04

775,57

9-10

5,58

131,6

10,0

5,9

5,5

1,309

4,60

1,771

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

144,89

-

144,89

920,46

10-11

5,14

121,22

6,0

3,54

3,4

2,85

3,60

1,386

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

130,95

-

130,95

1051,41

11-12

4,76

112,26

10,0

5,9

7,4

8,085

2,00

0,77

12,05

0,506

18,75

1,575

2,063

125,8

-

125,8

1177,21

12-13

4,03

95,04

10,0

5,9

21,0

1,078

3,00

1,155

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

113,274

1,66

114,81

1292,02

13-14

3,85

90,8

6,0

3,54

2,8

0,924

3,00

1,155

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

100,192

1,66

101,73

1393,75

14-15

3,66

86,32

5,0

2,95

2,4

1,733

3,00

1,155

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

94,968

1,66

96,5

1490,25

15-16

4,19

98,82

8,5

5,02

4,5

1,54

3,00

1,155

15,65

0,657

18,75

1,575

2,063

111,023

1,66

112,55

1602,8

16-17

4,5

106,13

5,5

3,25

4,0

6,16

4,00

1,54

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

155,554

1,66

117,89

1720,65

17-18

4,35

102,59

5,0

2,95

16,0

1,155

3,60

1,386

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

116,705

1,66

118,24

1838,93

18-19

4,63

109,19

5,0

2,95

3,0

0,77

3,30

1,27

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

118,184

1,66

119,72

1958,65

19-20

5,26

124,05

5,0

2,95

2,0

0,77

5,00

1,925

12,05

0,506

18,75

1,575

2,063

133,71

-

133,71

2092,36

20-21

5,48

129,94

2,0

1,18

2,0

1,155

2,60

1

12,05

0,506

6,25

0,525

2,063

135,16

-

135,16

2227,52

21-22

5,85

137,49

0,7

0,413

3,0

0,23

18,60

7,16

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

149,71

-

149,71

2377,23

22-23

5,37

126,65

3,0

1,77

-

-

1,60

0,62

12,05

0,506

12,50

1,05

2,063

132,59

-

132,59

2509,82

23-24

3,46

81,6

0,5

0,295

-

-

1,00

0,385

15,65

0,657

18,75

1,575

2,063

86,575

1,66

88,11

2597,1

Итого

100

2358,4

100

59

100

38,5

100

38,5

300

12,6

300

25,2

49,5

19,92

2597,1

      

      

      

       будет расчетным, а все расходы, входящие в эту строку, носят название расчетных расходов. По этим расходам производим гидравлический расчет магистральной водопроводной сети населенного пункта. Однако, максимальные часовые расходы отдельных потребителей могут быть больше расчетных. Поэтому для отдельных потребителей помимо расчетного расхода воды следует определять максимальный расход, по которому подбирают диаметры труб ответвлений, подающих воду из магистральной сети непосредственно к потребителю. Полученные расчетные и максимальные расходы сведем в табл.3. Для удобства последующих вычислений расходы воды в табл.3 приведены в м3/ч и в л/с. (1 л/с = 3,6 м3/ч).

     Таблица 3. Расчетные и максимальные расходы воды в сутки.

Наименование потребителей

Расчетные расходы

воды

Максимальные

расходы воды

м3/ч

л/с

м3/ч

л/с

1

4

5

6

7

Жилой сектор

133,96

37,21

137,49

38,19

Гостиница

4,72

1,31

5,9

1,638

Детский сад

5,775

1,6042

8,085

2,2458

Общежитие

2,618

0,7272

7,16

1,98

Пром. предпр.

3,094

0,8594

4,2953

1,19313

Населенный пункт

150,042

41,68

150,042

41,68

2. Построение графика водопотребления по часам суток для населенного пункта.

      График водопотребления по часам суток для населенного пункта строим, откладывая по оси ординат часы суток, а по оси абсцисс часовые расходы воды в населенном пункте (табл.2, столбец 18). Построенный график приведен на рис.2.

Рис.2. Графики водопотребления населенного пункта и подачи воды насосными станциями: 1 - график водопотребления; 2 - график подачи воды насосной станцией первого подъема; 3 – график подачи воды насосной станцией второго подъема.

3. Определение режима работы насосных станций.

      Для насосной станции первого подъема (НС I) режим работы в течение суток назначаем равномерным.

Qнс1ч.= Qнпсут.макс./ 24 = 2597,1 / 24 = 108,208 м3/ч                      (8)

где  Qнпсут.макс – максимальный суточный расход населенного пункта.

      Для насосной станции второго подъема (НС II) график подачи воды, по возможности, должен совпадать с графиком водопотребления населенного пункта. Анализируя график водопотребления примем 3 расчетных режима работы НС II. Первый режим – минимальная подача воды в период с 0 до 6. Второй режим –подача воды в периоды с 6 до 7, с 11 до 20 и с 23 до 24. Третий режим –максимальная подача с 7до 11 и с 20 до 23.

     Соотношение между подачами примем:

Q нсII  ч .макс / Q нсII  ч .мин = 5/2

Q нсII  ч .2 / Q нсII  ч .мин = 2

     

     Qч.нас = Q нпсут.макс / ? (n i ? ti) ,                                    (9)

где  n i  – количество работающих насосов; t i – время работы данного количества насосов в часах суток.

      В первом приближении будем считать, что минимальную подачу осуществляет два насоса, тогда при максимальной – пять.

Qч.нас = 3101,9 / (2?6+11?4+7?5) = 28,539 м3/ч.

      Принятые графики подачи насосных станций приведены на рис.2.

4. Определение вместимости резервуаров чистой воды и объема бака водонапорной башни.

4.1. Определение вместимости резервуаров чистой воды.

      Вместимость резервуаров чистой воды (РЧВ) найдем, как сумму трех объемов воды: регулирующего объема, запасного объема на собственные нужды очистных сооружений и неприкосновенного запасного объема на противопожарные нужды.

      Регулирующий объем определяем, сопоставляя приток воды в РЧВ (подача НС I) и отбор воды из РЧВ (подача НС II). Расчет проводим табличным способом (табл.4). Заносим в графу 3 в интегральном (суммарном) виде подачу НС I, а в графу 4 - НС II. Разница между ними дает нам текущее значение объема воды аккумулированного в резервуарах чистой воды. Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в резервуарах. Если отрицательного значения нет, то максимальное значение в столбце.

Wрчврег.= 306,773 м3.

      Запасной объем воды на собственные нужды очистных сооружений ориентировочно примем равным 7% от суточного потребления воды:

Wрчво.с.= 0,07 ? 2597,1 = 181,797 м3.

      Неприкосновенный запас воды на противопожарные нужды найдем по формуле:

Wрчвпож.= ?W + 3(3,6 ? nпож ?qпож – Qнс1ч),                        (10)

где  ?W – максимальная сумма потребления воды за три часа подряд (по графику водопотребления это период с 9 до 12 часов); nпож – расчетное количество одновременных пожаров; qпож – расчетный расход воды на наружное пожаротушение в л/с; Qнс1ч – подача насосной станции первого подъема в м3/ч.

Wрчвпож.= (138,34+150,167+145,01) + 3(3,6 ? 2 ? 15 – 108,208) = 432,893 м3.

Wрчв = Wрчврег. + Wрчво.с. + Wрчвпож. =306,773 + 181,8 + 432,9 = 921,473 м3.

Таблица 4. Определение регулирующих объемов резервуаров чистой воды и

                   бака водонапорной башни

Часы

Объем

Объем

Объем

Изменение

Изменение

суток

потребле

подачи

подачи

объема воды

объема воды

ния

НС I

НС II

в РЧВ

в ВБ

Час

м3

м3

м3

м3

м3

1

2

3

4

5

6

0-1

73,43

108,208

57,079

51,129

-16,351

1-2

124,04

216,416

114,158

102,258

-9,882

2-3

174,42

324,624

171,237

153,387

-3,183

3-4

223,75

432,832

228,32

204,512

4,57

4-5

284,39

541,04

285,396

255,3644

1,006

5-6

364,45

649,248

342,475

306,773

-21,975

6-7

487,31

757,456

456,633

300,823

-30,677

7-8

625,53

865,664

599,33

266,334

-26,2

8-9

775,57

973,872

742,029

231,843

-33,541

9-10

920,46

1082,08

884,726

197,354

-35,734

10-11

1051,41

1190,288

1027,424

162,864

-24

11-12

1177,21

1298,496

1141,582

156,914

-35,628

12-13

1292,02

1406,704

1255,74

150,964

-36,28

13-14

1393,75

1514,912

1369,899

145,013

-23,851

14-15

1490,25

1623,12

1484,057

139,063

-6,193

15-16

1602,8

1731,328

1598,22

133,108

-4,58

16-17

1720,65

1839,536

1712,37

127,166

-8,28

17-18

1838,93

1947,744

1826,532

121,212

-12,398

18-19

1958,65

2055,952

1940,69

115,262

-17,96

19-20

2092,36

2164,16

2054,84

109,32

-37,52

20-21

2227,52

2272,368

2197,546

74,822

-29,974

21-22

2377,23

2380,576

2340,244

40,332

-36,986

22-23

2509,82

2488,784

2482,94

5,844

-26,88

23-24

2597,1

2597,1

2597,09

0

0

4.2. Определение числа и размеров резервуаров чистой воды.

      Число резервуаров должно быть, по возможности, наименьшим, но не менее двух. По [4] подбираем количество и размеры подходящих по объему типовых резервуаров для воды. Выбираем два круглых резервуара из сборного железобетона вместимостью по 500 м3 каждый. Диаметр резервуаров 12 м, высота 4,8 м. Резервуары делают полузаглубленными с защитной насыпью сверху. В соответствии с расчетной схемой резервуара (рис.3) определим максимально возможную глубину воды в нем и проведем высотную привязку.

Рис.3. Расчетная схема резервуара чистой воды.

Максимальная глубина воды в резервуаре:

h = 4Wрчв / n?D2 = 4 ? 921,473 / 2? 3,14 ? 122 = 4,075м.

      Отметка поверхности земли в месте расположения резервуаров, согласно плану населенного пункта (рис.1), составляет 23,7 м. Отметка дна резервуара будет равна:

?дна РЧВ = ?пов. земли – H/2 = 23,7 – 4,8/ 2 = 21,3 м.

      Отметка максимального уровня воды:

?воды макс = ?дна РЧВ + h = 21,3 + 4,075= 25,375м.

4.3. Определение вместимости бака водонапорной башни.

      Вместимость бака водонапорной башни (ВБ) определяем, как сумму регулирующего объема и запасного объема воды на пожаротушение.

      Регулирующий объем определим, сопоставляя приток воды в ВБ (подача НС II) и отбор воды из ВБ (потребление воды населенным пунктом).

       Расчет проводим табличным способом (табл.4). Искомый регулирующий объем получим, как сумму максимального положительного и максимального отрицательного (по абсолютной величине) значений текущего объема воды в баке.

       Wвбрег. = 4,57 + 37,52 = 42,09 м3.

       Объем воды на пожаротушение, запасаемый в баке водонапорной башни, должен обеспечивать десятиминутное тушение одного наружного и одного внутреннего пожара при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды населенного пункта:

Wвбпож.= 0,6 ( qпож + qвнпож + qнп ),                               (11)

где - qпож. – расчетный расход воды на наружное пожаротушение, принимаемый согласно [1] (qпож. = 15 л/с); qвнпож. - расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение (согласно СНиП qвнпож. 2,5 л/с);

qнп – максимальный расход населенного пункта, равный 41,68 л/с (см.табл.3).

Wвбпож.= 0,6 ( 15 + 2,5 + 41,68) = 35,508 м3.

Wвб = Wвбрег. + Wвбпож. = 35,508+ 42,09 = 77,598 м3.

4.4. Определение размеров бака водонапорной башни.

      Резервуар или бак водонапорной башни обычно делают цилиндрическим. Максимальную глубину воды в баке определяют по зависимости:

h = 4Wвб / ?D2.

       Отношение наибольшей глубины воды в баке к диаметру бака лежит в пределах от 0,8 до 1,2. В первом приближении примем это соотношение равным  1.1.  Тогда h = 1,1* D и формула примет вид:

D = 4Wвб / ?;

D3 = 4Wвб / ? =  (4 ? 77,589) / (3,14*1,1) = 89,86 м3;  

D = 4,48 м.

       Округлим диаметр до полуметра в ближайшую сторону. D = 4,5м.

h = 4Wвб / ?D2 = (4 ? 77,589) / (3,14 ?4,5 2)= 4,88 м;

h / D = 4,88 / 4,48 = 1,09.

Рис.4. Расчетная схема бака водонапорной башни.

5. Трассирование магистральной водопроводной сети. Определение местоположения водопроводных сооружений.

     Магистральную водопроводную сеть проектируем кольцевой так, чтобы она равномерно охватывала районы жилой застройки населенного пункта.

     Магистральную сеть прокладываем по кратчайшему направлению вблизи автодорог и проездов, прямолинейно, параллельно линиям застройки. Пересечение проездов выполняем под прямым углом.

     Насосную станцию первого подъема совмещаем со скважиной. Очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосную станцию второго подъема располагаем в непосредственной близости от насосной станции первого подъема. Водонапорную башню устанавливаем в начале магистральной водопроводной сети. На план населенного пункта наносим трассу магистральной сети и обозначаем местоположение водопроводных сооружений (рис.5).

     Сосредоточенные отборы воды из магистральной сети на нужды общественных зданий и промышленного предприятия намечаем на перекрестках улиц в непосредственной близости от них.

     Магистральное кольцо разбиваем на расчетные участки, узловые точки которых устанавливаем в местах сосредоточенного отбора воды из сети и на перекрестках улиц, но не более чем через 400…600 метров. Узловые точки нумеруем по часовой стрелке, начиная с водонапорной башни. Намечаем направление движения воды в магистральной сети и назначаем точку встречи потоков (диктующую точку). Как правило, это будет узловая точка наиболее отдаленная от начала сети. В нашем случае такой точкой будет узел 6.

    

    

6.Расчет водоводов

Сооружения для транспортирования воды от источника к объекту водоснабжения называют водоводами.

Количество линий водоводов надлежит принимать с учетом категории системы водоснабжения и очередности строительства [2]. Принимаем для второй категории надежности две линии водоводов.

Водоводы, как правило, рассчитывают на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления. В нашем случае этот расход равен:

Qч.ср. = Qнпсут.макс./ 24 = 2597,1 / 24 = 108,21 м3/ч,

qср. = 108,21 / 3,6 = 30,06 л/с

Так как водоводов два, то расчетный расход каждого водовода составит 15,03 л/с. Водоводы выполним из стальных труб. По [1] выберем среднее значение экономического фактора Э в зависимости от географического положения населенного пункта. Иркутская область - следовательно, Э =0,5. В соответствии с [5] (стальные трубы) условный диаметр водоводов принимаем равным 125 мм.

Определим потери напора в водоводах при различных режимах водопотребления.

При максимальном водопотреблении населенного пункта от насосной станции второго подъема в водоводы поступает 142,7 м3/ч (см. рис.2), что соответствует 39,64 л/с или 19,82 л/с на каждый водовод.

Потери напора определяем по формуле 12.

h = K ? A ? q2 ? L,                                     (12)

где:  K – поправочный коэффициент, зависящий от скорости движения воды в трубопроводе и материала трубопровода; A –удельное сопротивление трубопровода; q – расход воды в трубопроводе; L – длина трубопровода.

Величину скорости найдем из выражения ?= q ? m, где m = 4/?d2.

Значения A и m принимаем по [5]. Для стальных труб диаметром 125 мм:  m = 0,072; A = 76,36 ? 10-6.

? = 19,82 ? 0,072 = 1,42704 м/с

      Значение коэффициента К найдем из [5]. К = 1,0.

h1 = 1,0 ? 76,36? 10-6 ? 19,822 ? 300= 9 м

      При пожаротушении расход воды в водоводах необходимо увеличить на величину противопожарного расхода, принимаемого по [1] (в нашем случае возможно два одновременных пожара с расходом воды на каждый пожар qпож. = 15 л/с). Расход воды в одном водоводе при тушении пожаров составит 19,82 + 15 = 34,82 л/с.

? = 34,82 ? 0,072 = 2,507 м/с

К = 1,0

h2 = 1,0 ? 76,36 ? 10-6 ? 34,82 2 ? 300 = 27 м

При прокладке водоводов в две или более линий и общих водозаборных сооружениях, между водоводами устраивают переключения, при этом в случае аварии на одном из водоводов подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды снижаем на 30 % расчетного расхода, а на производственные нужды - по аварийному графику 30%.

qав. = 0,7 qх.п. + 0,7 qпр.

qав. = 0,7 ? 39,638 = 27,746 л/с

      Количество переключений (перемычек) между водоводами определим исходя из условия равенства потерь напора в водоводах при нормальной эксплуатации и при аварии на одном из водоводов. Для двух параллельных водоводов число участков переключений при одинаковом их диаметре и длине можно определить из уравнения:

n = 3 qав.2/ ( q2 - qав2 ),                                         (13)

      где:  n – число участков переключений; qав. – расход воды при аварии; q – расход воды при нормальной эксплуатации.

n = 3 ? 27,746 2/ ( 39,63 2 – 27,746 2 ) = 2,88

      Принимаем три участка переключений.

7. Гидравлический расчет магистральной водопроводной сети.

       7.1. Подготовка к гидравлическому расчету.

      Потребление воды жилым сектором в городских водопроводах обычно принимают по упрощенной схеме, которая условно допускает, что отбор воды в жилые здания происходит равномерно по длине сети. Тогда количество воды, отбираемое на каждом расчетном участке, будет пропорционально его длине и наличию жилой застройки. Оба эти фактора учитывает так называемая «условная длина» участка.

      Вычислим удельный путевой расход воды, т.е. расход воды, отбираемый с единицы условной длины магистральной сети:

qуд.пут. = qжил.с. / ?L усл. ,                                        (14)

где qжил.с. – расчетный  расход  воды  жилого  сектора населенного пункта; ?L усл. – сумма условных длин всех участков магистральной водопроводной сети.

      Расход воды, забираемый на нужды жилого сектора на каждом конкретном участке- путевой расход воды. Путевые расходы воды определяем по формуле:

qm-nпут. = qуд.пут. Lm-nусл. ,                                        (15)

где Lm-nусл. – условная длина участков сети.

            Отбор воды из магистральной сети в общественные здания и промышленные предприятия осуществляют из конкретных узлов сети. Такие отборы называют сосредоточенными отборами, а расходы воды – сосредоточенными расходами воды. Перенесем в виде схемы с рис. 5 трассу магистральной водопроводной сети с основными сооружениями. На этой схеме для двух расчетных режимов работы системы укажем все расчетные отборы воды из сети (табл.3), кроме жилого сектора. Отбор воды на тушение пожаров наметим в самой неблагоприятной точке. Такой точкой будет наиболее удаленный узел сети – узел 6.

      Полученная схема представлена на рис 6.

Рис.6. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (сосредоточенные расходы воды): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров.

      Для удобства ведения расчетов путевые расходы воды также заменяют сосредоточенными, т.е. условно считают, что половину путевого расхода забирают в начале участка, а половину в конце. Эти фиктивные сосредоточенные расходы воды называют условными узловыми расходами воды.

Qmу.узл. = 0,5(ql-mпут. + qm-nпут.).                                  (16)

Расчетный узловой расход воды:

Qmр.узл. = Qmу.узл. + Qmсоср.                                     (17)

      Результаты вычислений заносим в табл.5 и представляем в виде расчетной схемы на рис.7.

Рис.7. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров.

      После вычисления узловых водоотборов производим предварительное потокораспределение по участкам магистральной сети. Направление потоков в кольце задаем согласно схеме. Точку встречи потоков намечаем в узле 6, как наиболее удаленном от начала сети. В дальнейшем этот узел будем именовать диктующим узлом.

      При определении расчетных расходов воды по участкам сети следует руководствоваться следующим положением: для всех узлов сети должно выполняться условие (первый закон Кирхгофа):

       ?Q i = 0                                                      (18)

        Количество воды, приходящее в узел, должно быть равно количеству воды, выходящему из этого узла. Расчетные расходы воды по участкам сети будем определять, двигаясь от диктующего узла к началу сети. В соответствии с первым законом Кирхгофа расход воды, забираемый из узла, равен сумме расходов воды, поступающих в узел. В первом приближении будем считать, что половина расчетного узлового расхода, забираемого в диктующей точке, приходит по участку 5-6 и половина по участку 6-7. Полученные в первом приближении значения расчетных расходов по участкам сети записываем на расчетную схему (рис.8).

Рис.8. Расчетная схема магистральной водопроводной сети (расчетные узловые расходы воды и расчетные расходы воды по участкам сети): а – режим максимального водопотребления; б – то же, при тушении пожаров.

Таблица 5. Определение расчетных узловых расходов для режимов максимального часового водоразбора и максимальногочасового водоразбора с пожаротушением в сутки максимального водопотребления

Номера

узлов

Номера

участков

Длина

участков

м

Раздача

Условная длина

участков

м

Путевой

расход

л/с

7.2. Гидравлический расчет.

      Гидравлический расчет водопроводной сети сводится к выбору экономически наивыгоднейших диаметров труб и определению потерь напора на ее участках.

      Определим диаметр труб. Магистральную водопроводную сеть будем изготовлять из асбестоцементных водопроводных труб (диаметры труб не более 500 мм). При заполнении таблицы выделим участки с движением воды по часовой стрелке и против часовой стрелки. Для первого расчетного случая по {14} в зависимости от экономического фактора Э (Э =0,75) и расчетных расходов воды по участкам сети назначим условные диаметры труб. Не забываем, что диаметр труб магистральной сети должен быть не менее 100 мм. Чтобы избежать чрезмерного (свыше 60 м) свободного напора в сети, необходимо на отдельных участках сети диаметр труб увеличить. Рекомендуем сравнить расчетные расходы воды по участкам сети для рассматриваемых режимов работы системы водоснабжения.

Потери напора на отдельных участках сети определяем по формуле 12 (см. раздел 6). Величину скорости находим из выражения ?= q ? m, где m = 4/?d2. Значения А, m и К {15,16}.

Проверим нашу сеть на соответствие второму закону Кирхгофа:

?h i = 0                                                      (19)

      Сумма потерь напора на участках с движением воды по часовой стрелке должна быть равна сумме потерь напора на участках с движением воды против часовой стрелки.

      В практических расчетах считается допустимой невязка потерь напора ?h не более 0,3 м для первого расчетного случая и не более 0,5 м для случая пожаротушения.

?h 1 = 10,71779 – 10,346234 = 0,37м ? ?h доп = 0,3 м;

?h 2 = 32,1561 – 29,9675= 2,1886 м ? ?h доп = 0,5 м.

      В первом случае невязка потерь напора не превышает допустимую невязку, следовательно, заданное в первом приближении потоко распределение соответствует реальности. Во втором случае невязка превышает допустимую, поэтому необходимо произвести коррекцию расходов по участкам сети- увязку сети.

      Увязка кольцевой водопроводной сети сводится к определению значения поправочного расхода ?q, при внесении которого будет найдено истинное распределение расходов воды по участкам сети. Воспользуемся методом увязки кольцевых сетей  проф. В.Г.Лобачева. Согласно этому методу поправочный расход воды вычисляют по формуле:

?q = ?h / 2? КАqрl                                            (20)

      Полученный поправочный расход воды вносим со знаком «+» во все участки полукольца магистральной водопроводной сети, в котором сумма потерь напора была меньше, и, наоборот, со знаком «-» во все участки полукольца, в котором сумма потерь напора была больше (первый закон Кирхгофа будет соблюден).

      Определим поправочные расходы:

?q 1 = 0,37 / 2(0,92471 + 0,100124) = 0,0961 л/с.

?q 2 = 2,1886 / 2(1,211756 + 1,234) = 0,2974 л/с.

      Внесем поправки во все участки водопроводной сети. Получим новые расчетные расходы воды и проведем повторный гидравлический расчет водопроводной сети. Диаметры труб при этом не меняем (значения А останутся прежними). По окончании расчетов выполняем проверку на соблюдение второго закона Кирхгофа:

?h 1 = 10,55144 - 10,51437 = 0,0371 м ? ?h доп = 0,3 м

?h 2 = 31,02 - 30,739 = 0,285 м ? ?h доп = 0,5 м.

      Результаты расчета удовлетворяют всем условиям. Гидравлический расчет завершен.

Таблица 7. Гидравлический расчет кольцевой магистральной сети в режиме максимального часового водоразбора и пожаротушения в сутки максимального водопотребления

Номера

участков

Длина

участков

м

Диаметр

труб

мм

Предварительное распределение расходов

Первое исправление

8. Построение линий пьезометрических высот

      Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, в связи, с чем в водопроводной сети должно поддерживаться определенное давление. Пьезометрическая высота, обеспечивающая нормальные условия эксплуатации водопровода, носит название свободного напора. Иначе говоря, свободный напор это расстояние от поверхности земли до пьезометрической линии. Минимальный свободный напор для населенных пунктов при максимальном хозяйственно-питьевом водопотреблении принимают при одноэтажной застройке не менее 10 м над поверхностью земли, при большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м. В период тушения пожаров свободный напор в сети должен быть не менее 10 м, независимо от этажности зданий.

      Построение пьезометрических линий начинаем от конца сети (от диктующей точки). Принимаем свободный напор в диктующей точке равным минимальному. Для режима максимального хозяйственно-питьевого водопотребления

Нсв.мин = 10 + 4(n – 1),

где n – количество этажей.

      Этажность зданий (см. задание) равна 3 этажам.

Нсв.мин = 10 + 4(3 – 1) = 18 м.

      Для режима пожаротушения:  Нсв.мин = 10 м.

      Добавив к отметке поверхности земли в диктующей точке значения минимальных свободных напоров, получим начальные отметки линий пьезометрических высот. Двигаясь последовательно по участкам сети к водонапорной башне и добавляя к полученным ранее отметкам пьезометрических линий потери напора на каждом из участков (табл.6 и 7), строим две линии пьезометрических высот. Свободный напор в узлах магистральной сети определяем как разность между отметками пьезометрических линий и поверхности земли. Свободный напор в точке расположения водонапорной башни (в режиме максимального хозяйственно-питьевого водопотребления) определяет высоту башни от поверхности земли до дна бака. Аналитически высоту водонапорной башни можно определить из выражения:

НВБ = Нсв.мин + ?h - ( ?1 - ?д ),

где: Нсв.мин – минимальный свободный напор в диктующей точке для случая максимального хозяйственно-питьевого водопотребления; ?h – сумма потерь напора от диктующей точки до начала кольцевой сети (см. табл.6); ?1 и ?д – отметки поверхности земли в начале сети и в диктующей точке.

      Для рассматриваемого примера НВБ =18+10,551-(23,24-22,01) =27,314м

      В режиме максимального водопотребления пьезометрическая линия в створе водонапорной башни делает скачок вверх на высоту, равную наибольшей глубине воды в баке водонапорной башни (см. п.4.3.). При пожаротушении водонапорная башня не работает, поэтому пьезометрическая линия в этом случае разрывов не имеет и является непрерывной. Добавив к отметкам пьезометрических линий в створе водонапорной башни соответствующие потери напора в водоводах (см. п.6), получим отметки пьезометрических линий в створе насосной станции второго подъема. Разница между этими отметками и отметкой дна резервуаров чистой воды (см. п.4.2.) определяет расчетный напор насосов насосной станции второго подъема. Для первого расчетного случая:

Нр1 =  64,424     21,3  =  43,124 м;

      Для второго расчетного случая:

Нр2 =  89,749     21,3  =  68,449 м.

Литература

[1] -       СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985.

[2] - СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий./Госстрой  СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

[3]     -      СНиП 2.09.02-85

[4]   -    Морозов В. И. Инженерные сети и оборудывание. Водоснабжение населенного пункта. Учебное пособие.- Издательство СПбГПУ, 2004г.

[5]  - Шевелев Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. – М.: Стройиздат, 1973.

3