Задача гидравлического расчета – определить диаметры и уклоны участков коллекторов так, чтобы при расчетном расходе выдерживались допустимые скорости и наполнения, соблюдались необходимые минимальные глубины заложения, была возможность подключить все боковые коллекторы и внутриквартальные сети. При соблюдении этих обязательных условий желательно избегать неоправданно больших заглублений коллектора, так как это значительно удорожает строительство канализационной сети.
Минимально допустимые значения скоростей V, м/с, максимально допустимые наполнения h/D в зависимости от диаметра D приведены ниже.
| D, мм | 150- | 300- | 450- | 600- | 1000- | >1500 | ||
| V,м/с | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,15 | 1,15 | 1,3 | 1,5 |
| h/D | 0,6 | 0,7 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
Данные гидравлического расчета сводятся в таблицу
(форма 4). Сначала заносят данные, выделенные звездочками. Расчетные расходы – из формы 3, длины участков определяют по генплану, причем берут истинную длину каждого расчетного участка (но не из формы 3); отметки земли в начале и конце каждого участка определяют по генплану интерполяцией между горизонталями. В графе 19 указывают глубины боковых подключений, а также препятствий по трассе коллектора, ниже которых должен пройти трубопровод канализации.
Форма 4.
Таблица гидравлического расчета
| № уч- ка | q л/с | L м | D м | i | V м/с | Наполне- ние | i*L | О т м е т к и | Глубина заложен. | Ук-лон зем-ли | Н бок. под-ключ | |||||||
| h/D | h м/с | Земли | Воды | Лотка | H нач. | H кон | ||||||||||||
| Zзн | Zзк | Zвн | Zвк | Zлн | Zлк | |||||||||||||
| *** | ** | * | ** | ** | ** | ** | ** | ** |
Уклоны земли по участкам i = (Zзн - Zзн) /L.
Индексами «з», «в», «л» обозначают соответственно отметки земли, поверхности воды, лотка; индексами «н» и «к» – начало и
конец участка. Начальную глубину заложения в
точке 1 принимают в соответствии с расчетом по п. 7.
Отметка лотка в начале первого участка
Zлн = Zзн - Hнач.
На каждом участке (рис.6)
Zлк = Zлн – i∙L, Zвн = Zлн + h, Zвк = Zлк + h,
где h – наполнение, м; i – уклон; L – длина, м.
При переходе к расчету следующего участка могут быть применены следующие способы высотного соединения труб:
 |
а) «по шелыгам труб» - если D > D0 и (h - h0) £(D – D0), то Zлн = Z0лк – (D – D0),Zвн = Zлн + h; (рис.6 а);
б) «по уровню воды» - если D’£ D и h’ > h или D’> D и (h’– h)>(D’– D), то Z’вн = Zвк, Z’лн = Z’вн - h’;(рис.6 б);
в) «по лоткам» - если D+ £ D’ или h+ £ h’, то Z+лн = Z’лк , Z+вн= Z+лн + h+ (рис.6 в).
В любом случае уровень воды и лотка в начале следующего участка должны быть не выше этих уровней в конце предыдущего участка. Значения D, i, h/D, V выбирают по таблицам или графикам для гидравлического расчета безнапорных трубопроводов [8,9,10] исходя из следующих положений:
-диаметры труб уличного коллектора – не менее 0,2 м;
-наполнения не должны превышать допустимых значений, указанных на с.12;
-скорости должны быть не менее указанных на с.12; исключение составляют начальные участки диаметром D = 0,2 м, где расход очень мал, однако на этих участках должен соблюдаться уклон не менее 70/00 (в особо тяжелых случаях, при очень плоском рельефе, допускается 50/00);
-для предварительного определения минимального уклона можно воспользоваться формулой
i=0,014/q0,372;
- при известных величинах расхода q,л/с и уклона i, ориентировочно определяется диаметр, м D=0,031(q/i0,5)0,35;
-нужно стремиться прокладывать трубопроводы на минимально
допустимой глубине, однако, если при этом уклон трубопровода не обеспечивает необходимой скорости, тогда уклон увеличивают так, чтобы скорость в трубопроводе оказалась равной минимально допустимой или незначительно ее превышала;
-скорость не должна превышать 4 м/с; при очень большом уклоне земли принимают i < i3 так, чтобы обеспечить V < 4м/с,
а во избежание выхода коллектора на недопустимо малую глубину
на участке устраивают один или несколько перепадных колодцев; в этом случае в конце участка принимают минимально допустимую глубину заложения; общая величина перепада составит величину
Hп = hм + i3 × L – hн + i × L,
где hм , hн – глубина заложения в начале и в конце участка;
i3 , i – уклоны земли и трубопровода (рис.7).
Величина каждого перепада hп = Нп / m, где m – их количество.
 |
При проведении гидравлического расчета рекомендуется одновременно вычерчивать продольный профиль коллектора (рис.8).
Есть возможность выполнения гидравлического расчета с помощью формул. Приходится решать, в зависимости от условий на участке, несколько задач. Во всех задачах известна величина расчетного расхода; задаются или величиной уклона так, чтобы в конце участка выйти на нужную глубину, или величиной минимально допустимой скорости (при малых уклонах земли).
В расчетах используются вспомогательные коэффициенты g, b, KM. Значения KM принимаются для железобетонных и керамических труб – 56,1; для асбестоцементных труб – 60,0; для пластмассовых – 71.
Рассмотрим 2 случая.
1.Известны расход q, м3/с, уклон i. Требуется определить диаметр, скорость, наполнение. Задаются наполнением h/D(см. с.12):g = 0,62 h/D – 0,11; диаметр D = [q/(56,1 × g × √i)]0,375;
подбирают стандартный диаметр Dст.;
g = q/(56,1 × Dст2,67× √i); h/D = (g + 0,11)/0,62;
b = 1,22 h/D – 0,11; скорость V = q/(b × pDст2/4).
Пример. Q=0,09 м3/с, i=0,0025. Трубы керамические. Задаемся
наполнением h/D=0,6. g = 0,62*0,6-0,11=0,262;
D=[0,09/(56,1*0,262*0,00250,5)]0,375=0,454 м. Принимаем стандартный диаметр 0,45м. g = 0,09/(56,1 × 0,452,67× 0,00250,5)=0,271; h/D = (0,271 + 0,11)/0,62=0,614;
b = 1,22*0,614 – 0,11=0,639;
V=0,09/(0,639*3,14*0,452/4)=0,89 м/с (не менее допустимой).
2.Известен расход q, м3/с, задаются величинами скорости V и наполнения h/D. Требуется определить диаметр и уклон:
g = 0,62 h/D – 0,11; b = 1,22 h/D – 0,11;
D=Ö 4q/(b p V); подбирают стандартный диаметр Dст.;
b=4q / (p×V× Dст2); h/D = (b + 0,11)/1,22;
g = 0,62 h/D – 0,11; уклон i = [q/(56,1 × g × Dст.2,67)]2 .
Третье условие h2< hС,1 не соблюдается, гидравлический прыжок будет затоплен, перепад не нужен.
Расчет напорного трубопровода. В качестве исходных данных принимаются:
zлк – отметка лотка самотечного коллектора, подводящего сточные воды к насосной станции, м;
zв – отметка верха трубы над приемной камерой очистных сооружений или верха трубы в самотечном коллекторе, куда подается сточная вода насосами;
n – количество трубопроводов; L - длина, м; Q – расход, м3/с.
Диаметр D =Ö 4∙Q/(p∙V∙n), где V – скорость в трубопроводе, назначаемая в пределах 1,2…1,8 м/с. Выбирается стандартный диаметр Dст. Применяются трубы напорные железобетонные, асбестоцементные или полиэтиленовые; при соответствующем обосновании – чугунные.
Уточненная скорость V = 4∙Q/(p∙n∙D2ст).
Потери напора по длине, м: Hn = K∙KS∙L∙(Q/n)2/D5cт ,
K – коэффициент, значениe которого вычисляется по формуле
К= 16∙l/(3,142∙2∙9,81); l =А∙(А0 +С/V)m/Dm;
где значения коэффициентов А,А0,С,m – в зависимости от характера внутренней поверхности трубопроводов, см. [13, прил.10]; V-скорость, м/с;
KS = 1,05…1,2 – коэффициент, учитывающий потери напора
на местные сопротивления на водоводе.
Полный напор насосов, м
H = zв – (zлк – Hp) + Hn + Hм,
где Нр – глубина резервуара насосной станции, Нр = 2…2,5 м;
Нм – потери напора внутри насосной станции, ориентировочно Нм = 1…2м.
По результатам гидравлического расчета на чертеже выполняется продольный профиль коллектора, пример которого приведен на рис.8. 