Розрахунки розгалужених трубопроводів

Водопровідні мережі, по яких вода подається до споживача, діляться на розгалужені (тупикові) й кільцеві (рис. 2.7 а, б).

Рис. 2.7

Розгалужені мережі складаються з магістральної лінії і відгалужень від вузлів мережі, які можуть складатися з однієї лінії (прості відгалуження), або декількох ділянок трубопроводів (складні відгалуження).

Розрахункові схеми бувають двох видів:

1) позначка п’єзометричної лінії на початку мережі не задана;

2) позначка п’єзометричної лінії на початку мережі не задана.

Розрахунки за першою схемою. Позначка п’єзометричної лінії.

Спочатку треба вибрати магістральну лінію. Вона повинна з’єднувати водонапірну башту з одним з останніх вузлів. Магістральна лінія має найбільшу довжину, по ній проходить найбільша витрата, ніж по інших лініях. За кінцевий вузол частіше приймають вузол з найбільшою геодезичною позначкою.

Після вибору магістралі визначаємо розрахункові витрати по всіх ділянках мережі. При цьому необхідно враховувати зосереджені й рівномірно розподілені витрати.

За розрахованими витратами визначають діаметри ділянок трубопроводів з використанням таблиць Ф.А. Шевелєва.

У додатку 3 наведені середні швидкості й максимальні витрати для стальних труб.

Порівнюючи розраховані витрати з граничними, назначаємо відповідні діаметри труб на кожній ділянці й середні швидкості на ділянках. Далі знаходимо втрати напору по довжині кожної ділянки магістралі:

. (2.37)

Коефіцієнт О₂ показує збільшення втрат напору в перехідній області опору і залежить від середньої швидкості.

При розрахунках відомі геодезичні позначки поверхні землі у вузлах мережі, матеріал труб, довжина всіх ділянок мережі, зосереджені витрати у вузлах мережі (вузлові втрати) і витрати, що неперервно роздаються на відповідних ділянках. Відомі мінімальні вільні напори в кінцевих та інших вузлах мережі. Питомий вільний напір h_віл при розрахунках беруть з нормативних документів. Мінімальний вільний напір в мережі при господарсько-питному водоспоживанні на вводі у будівлю над поверхнею землі повинен прийматися при одноповерховій забудівлі не менше 10 м, при багатоповерховій забудівлі на кожний наступний поверх додають 4 м.

Магістральна лінія являє собою ряд послідовно з’єднаних ділянок. Тому напір, що витрачається при русі води по магістралі

.

Позначка п’єзометричної лінії в останньому вузлі магістралі

Ñ _к=Z_к+h_{віл.к.min}, (2.38)

де Z_к – геодезична позначка поверхні землі у останньому вузлі, h_{віл.к.min} – мінімальний вільний напір у цьому вузлі.

Позначка п’єзометричної лінії на початку магістралі ((позначка рівня води у водонапірній башті (точка С на рис. 1.7)).

Ñ _с=Ñ _к+ . (2.39)

Вільний напір на початку мережі (висота водонапірної башти над поверхнею землі у точці е)

h_{віл е}=Ñ _с- z_е, (2.40)

де Z_е – геодезична позначка поверхні землі в точці е.

Треба перевіряти, щоб вільні напори у вузлах були більші, ніж h_віл.min, рекомендовані нормами.

Розрахунки відгалужень проводимо при відомих позначках п’єзометричної лінії (отриманої при розрахунках магістралі). На початку відгалуження Ñ _н, геодезична позначка поверхні землі на початку Z і в кінці Z_к відгалуження. Відомі також розрахункові витрати, матеріал і довжина труб, необхідний мінімальний вільний напір в останньому вузлі h_{віл.к .}

Тоді позначка п’єзометричної лінії в кінці відгалуження

Ñ _к=Z_к+h_віл.к.. (2.41)

Максимальний напір для подолання опору у відгалуженні

Н_від.=Ñ _н-Ñ _к. (2.42)

При простому відгалуженні максимальний ухил

. (2.43)

Тоді витратна характеристика

. (2.44)

Знаходимо за значенням К ближній більший діаметр додаток, отримаємо втрати напору за довжиною у відгалуженні:

. (2.45)

Далі визначаємо позначку п’єзометричної лінії Ñ _к=Ñ _н+h_{дов .}і вільний напір на кінці відгалуження h_{віл.к .}, який не може бути меншим ніж рекомендований нормами h_віл.к. без обґрунтування. Вибраний за значеннями ближчий діаметр забезпечує гідравлічний ухил, менший ніж

, (2.46)

тобто h_віл.к.³ h_{віл.к.min}.

При складних відгалуженнях, які складаються з n ділянок, середній гідравлічний ухил

. (2.47)

Витратна характеристика на кожній ділянці

. (2.48)

Взагалі, витратна характеристика на кожній ділянці не буде рівною К (додаток 2), тобто необхідно вибрати між ближнім меншим d₁ (К₁< К_і) і більшим d₂ (К₂> К_і) діаметрами на кожній ділянці, розглядаючи різні комбінації цих діаметрів. Таких комбінацій буде 2ⁿ. Якщо на всіх ділянках прийняти тільки більші діаметри, втрати опору будуть менші, ніж визначені за умов задачі Н_від, тоді вартість труб буде найбільшою.

Якщо на всіх ділянках прийняти тільки менші діаметри, вартість труб буде найменшою, але втрати напору перевищать Н_від. При цьому h_{віл.к .} може бути менше h_віл.min або навіть h_віл.min.= 0. Але такі варіанти недопустимі.

При необхідності до розрахунків вводять поправки на неквадратичність опору.