Лекция № 3
Гидравлический расчет водопроводных сетей
План лекции
1. Режим работы сооружений
2. Гидравлический расчет водопроводных сетей
Литература:
1. Погодина Л.В. «Инженерные сети, инженерная подготовка и оборудование территорий, зданий и стройплощадок». – М.: Дашков и К», 2006
Режим работы сооружений
Параметры элементов системы водоснабжения находятся в соответствии с количеством подаваемой воды и с намеченным для них режимом работы. Общее количество воды, которое должно быть подано потребителям, определяется в соответствии с действующими нормами.
Общий расход воды на нужды населения пропорционален числу жителей в населенном пункте, для которого строится система водоснабжения, а также расходу воды на хозяйственно-питьевые нужды, приходящемуся на одного жителя, т.е. норме водопотребления (табл.3.1).
Таблица 3.1
Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах
| Степень благоустройства районов жилой застройки | Норма на одного жителя среднесуточные (за год), л/сут |
| Здания, оборудованные внутренним во- проводом и канализацией, без ванн | 125 – 160 |
| Здания, оборудованные внутренним водопроводом, канализацией и ваннами с местными водонагревателями | 160 – 230 |
| Здания, оборудованные внутренним водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения | 230 – 350 |
Норма водопотребления зависит от характера санитарно-технического оборудования зданий и местных климатических условий. Она учитывает расход воды на хозяйственно-питьевые и бытовые нужды в жилых и общественных зданиях, за исключением расхода воды в домах отдыха, санаториях и детских оздоровительных лагерях.
Для районов застройки зданиями, в которых водопользование осуществляется из водоразборных колонок, среднесуточная (за год) норма водопотребления на одного жителя принимается 30 – 50 л/сут.
Выбор нормы водопотребления производится с учетом природно-климатических условий, мощности источника водоснабжения, этажности застройки, уклада жизни населения и других местных условий.
Для определения общего расхода воды в населенном пункте на хозяйственно-питьевые нужды необходимо дополнительно учитывать расходование воды рабочими в период их пребывания на производстве: в цехах со значительным тепловыделением – 45 л, а в остальных цехах – 25 л на каждого рабочего в смену. Помимо этого, на производствах, связанных с необходимостью принятия душа, должен быть предусмотрен расход воды из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку в течение 45 мин.
Если на благоустройство территории населенных пунктов и промышленных предприятий (поливка и мойка покрытий проездов и площадей, поливка зеленых насаждений, газонов и цветников) используется вода из централизованной системы водоснабжения, то необходимо учитывать и расход воды на полив и мойку территорий.
Число поливок в сутки принимается в зависимости от местных климатических условий.
Потребление воды на производственные нужды зависит от характера и объема производства, а также технологии производства. Различные производственные потребители предъявляют различные требования к качеству воды. Расходы воды на нужды производства определяются на основании технологических расчетов.
Расходование воды на нужды пожаротушения определяется в соответствии с нормами, устанавливаемыми на основании опыта тушения пожаров (табл. 3.2).
Расход воды для пожаротушения на промышленных предприятиях определяется в зависимости от характера производства и степени огнестойкости производственных зданий.
Расчетное число одновременных пожаров для объединенного противопожарного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия или сельскохозяйственного производственного комплекса, расположенных вне населенного пункта, принимается в зависимости от площади, занимаемой предприятием, и числа жителей в населенном пункте.
При нескольких промышленных предприятиях и одном населенном пункте расчетное число одновременных пожаров принимают в каждом отдельном случае по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.
Таблица 3.2
Расход воды на наружное пожаротушение в населенных пунктах
| Число жителей в населенном пункте, тыс.чел | Расчетное количество одновременных пожаров | Расход воды на наружное пожаротушение в населенном пункте на 1 пожар, л/с | |
| Застройка зданиями высотой до 2-х этажей | Застройка зданиями высотой 3 и более этажей не зависимо от степени их огнестойкости | ||
| До 1 | |||
| Свыше 1 до 5 | |||
| Свыше 5 до 10 | |||
| Свыше 10 до 25 | |||
| Свыше 25 до 50 | |||
| Свыше 50 до 100 | |||
| Свыше 100 до 200 | - | ||
| Свыше 200 до 300 | - | ||
| Свыше 300 до 400 | - | ||
| Свыше 400 до 500 | - | ||
| Свыше 500 до 600 | - | ||
| Свыше 600 до 700 | - | ||
| Свыше 700 до 800 | - | ||
| Свыше 800 до 1000 | - |
Расчетный расход на пожаротушение должен быть обеспечен при наибольшем расходе на другие нужды.
Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного расхода, хранящегося в резервуарах, составляет 1 – 3 сут. в зависимости от категории объекта по пожарной опасности.
На основании данных о нормах водопотребления, сведений о расчетном числе жителей и потребности в воде промышленных предприятий, забирающих воду из городского водопровода, может быть определено полное среднее расчетное количество воды, которое должно быть подано городу в течение суток.
На хозяйственно-питьевые и бытовые нужды населения средние суточные расходы воды Q, м3/сут, равны:
Qсут = qср · Nж = 
где qср – средний за год расчетный расход воды на одного жителя, принимаемый в соответствии с действующими СНиП;
Nж – расчетное число жителей;
qж – норма расхода воды на одного жителя в соответствии со степенью благоустройства.
Расчетные объемы водопотребления промышленных объектов определяются на основании технологических расчетов.
Определенные среднесуточные расходы водопотребления могут служить только в качестве общего показателя потребности в воде. В действительности суточные расходы воды в значительной мере зависят от сезона года, климатических изменений, дней недели. Таким образом, потребление воды жителями в течение года неравномерно.
Система водоснабжения должна удовлетворять потребности населения в воде в любые сутки, в том числе в сутки наибольшего (максимального) водопотребления.
Суточная неравномерность потребления воды характеризуется коэффициентами суточной неравномерности: Ксутмaкc и Ксутмин.
Максимальный коэффициент суточной неравномерности Ксутмaкc представляет собой отношение суточного расхода в дни наибольшего водопотребления Qсутмaкc к среднему суточному расходу за год Q:
Ксутмaкc = Qсутмaкc / Q
Минимальный коэффициент суточной неравномерности Ксутмин – это отношение суточного расхода в дни наименьшего водопотребления Qсутмин к среднему суточному расходу за год:
Ксутмин = Qсутмин / Q
Коэффициенты, учитывающие характер жилой застройки, степень благоустройства зданий, режим работы предприятий, принимаются равными:
Ксутмaкc = 1,1 – 1,3
Ксутмин = 0,7 – 0,9
Максимальный суточный расход является основным расчетным расходом, на который должна быть рассчитана система водоснабжения. Однако потребление воды в течение суток также неравномерно. Степень неравномерности расходования воды зависит от числа жителей в населенном пункте, а также от благоустройства зданий, условий работы предприятий и других местных условий.
Неравномерность водопотребления на промышленных предприятиях зависит от технологии производства.
Гидравлический расчет водопроводных сетей
Гидравлический расчет водопроводных сетей выполняют с целью определения экономически выгодных диаметров труб, достаточных для пропуска заданных расходов воды, и определение потерь напора в сети.
Потери напора необходимо знать для определения высоты водонапорной башни и напора насосов. Водопроводная сеть должна быть рассчитана на случаи наибольшего водопотребления и момента пожара, совпадающего по времени с часом максимального водопотребления.
В городских водопроводных сетях принимается схема равномерного распределения отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды населения.
Расходы воды крупных предприятий рассматриваются как сосредоточенные в определенных узлах.
При расчетах сетей принимают упрощенную схему водоразбора.
Расход, приходящийся на 1 м длины сети, называется удельным:
qуд = Q / Σ L,
где Q – общий расход воды сетью, равномерно распределенный по длине сети, из которого вычитаются расходы, потребляемые промышленными предприятиями, банями, прачечными и пожарные расходы;
Σ L – суммарная длина магистральных линий.
При определении диаметров труб по отдельным участкам сети необходимо вычислить расчетные расходы воды для этих участков, т.е. количество воды, которое будет протекать по ним в расчетные периоды работы системы.
Диаметры труб линий сети определяют как:
d = 
где q – расчетный расход;
υ – скорость движения воды в трубопроводе.
Диаметр трубы зависит как от расхода, так и от скорости. Скорость движения воды зависит от целого ряда показателей: стоимости электроэнергии, стоимости труб и их укладки, гидравлических параметров труб и др. Ориентировочно диаметр труб иногда выбирают по экономичным скоростям, составляющим 0,5–2 м/с. Меньшие значения скоростей принимаются для труб малого диаметра, а большие – для труб большего диаметра.
Потери напора в трубах определяют по формуле:
h = 1000 i / l, (м)
где 1000i – удельные потери напора,
l – длина линии сети, м.
Величину 1000i и скорость движения воды υ (м/сек) определяют по таблицам, в которых эта величина (и соответственно, диаметры трубопроводов) выделены рамочкой. Границы этой рамочки установлены применительно к средним условиям (для экономического фактора Э = 0,75).
Используя результаты расчетов для различных режимов водопотребления, можно определить параметры водонапорной башни и насосных агрегатов, обеспечивающие работоспособность системы водоснабжения.