Розрахунок діаметрів труб на ділянках водопровідної мережі
Діаметр d кожної ділянки водопровідної мережі визначають, виходячи з розрахункової витрати цієї ділянки. З курсу гідравліки відома одна з основних формул гідродинаміки, що зв'язує площу живого перерізу потоку рідини, середню швидкість потоку рідини та витрату. Ця формула має вигляд:
де Q – витрата потоку рідини; V – середня швидкість потоку; щ – площа живого перерізу потоку.
Для трубопроводу, що працює повним живим перерізом і що пропускає через себе розрахунковий витрата qрозрах. цю формулу можна записати в наступному вигляді:
звідки діаметр дорівнюватиме:
де dр - діаметр, отриманий за розрахунком, м; qрозрах. - Розрахункова витрата на ділянці, м3/с, V - швидкість води у трубопроводі, м/с. Як видно з аналізу отриманої залежності при заданому розрахунковому витраті qрасч. величина діаметра може виявитися різною в залежності від того, яка буде прийнята швидкість руху води у трубопроводі. Вибір величини цієї швидкості залежить від економічних факторів, в основному від вартості труб та їх укладання, а також вартості енергії, що витрачається на підйом і транспортування води. Зі збільшенням швидкості зменшуються діаметри, а отже, і будівельна вартість мережі. Однак при цьому збільшуються втрати напору в мережі, а отже, потрібна велика потужність насосів і більша висота водонапірної башти. Зі зменшенням швидкості збільшуються діаметри, а отже, і будівельна вартість мережі. Поруч із можливо виникнення такого небажаного явища, як замулення трубопроводу, тобто. випадання з рідини зважених частинок (мулу, піщин, іржі та ін.), боротьба з яким вимагатимедодаткові витрати. Однак у цьому випадку зменшуються втрати напору в мережі, а отже, зменшиться потужність насосів та висота водонапірної башти.
Отже, щодо діаметрів труб водопровідної мережі слід приймати такі швидкості, які за даних місцевих умов забезпечували б найбільш вигідне в техніко-економічному відношенні рішення, що охоплює весь комплекс водопровідних споруд. Такі швидкості прийнято називати оптимальними.
Оптимальні швидкості, що застосовуються на практиці проектування, виявились в результаті аналізу великої кількості виконаних проектів водопровідних мереж, де ці швидкості обгрунтовувалися при порівнянні різних варіантів. Для ділянок розвідної мережі можна рекомендувати наступні оптимальні швидкості:
| Діаметр труби, мм | До 400 | 400 – 600 | 700 і більше |
| Оптимальна швидкість, м/с | 0,6-1,1 | 1-1,3 | 1-2 |
Таким чином, визначаючи діаметр трубопроводу, на першому етапі задаються оптимальною швидкістю, що дорівнює 1 м/с. Отриманий діаметр за розрахунком округляється до найближчого стандартного і проводиться визначення дійсної швидкості на ділянці трубопроводу за формулою:
де Vд - дійсна швидкість дільниці, м/с, qрасч. - Розрахункова витрата на ділянці, м3/с; dст – прийнятий стандартний діаметр труби, м.
Визначає загальні втрати напору на ділянках водопровідної мережі. Показати на конкретних прикладах розрахунок втрати напору (для 2-4 прикладів, що приймаються самостійно студентом).
Опори, які виникають під час руху рідини в трубопроводах, називають гідравлічними опорами. Вони можуть бути поділені на два види:
- Опір по довжині потоку; -місцеві опори.
На подолання цих опорів витрачається певна частина енергії, яку називати втратами напору.
Відповідно до класифікації гідравлічних опорів та втрати напору поділяються на:
- Втрати напору по довжині потоку; - місцеві втрати натиску.
Втрати напору за довжиною можна визначити за формулою Дарсі-Вейсбаха або як її ще називають першою водопровідною формулою:
де hl – втрати напору по довжині, м; л – коефіцієнт тертя; l - Довжина розрахункової ділянки трубопроводу, м; d – діаметр ділянки трубопроводу, м; V - швидкість руху води на розрахунковій ділянці, м/с; g - прискорення вільного падіння, м/с.
Однак при розрахунку трубопроводів набагато зручніше користуватися для розрахунку втрат напору за довжиною другою водопровідною формулою, яка після деяких перетворень випливає з першої водопровідної формули. Друга водопровідна формула має вигляд:
де hl – втрати напору по довжині, м; А - питомий опір трубопроводу, (с/л)2; qрозрах. - Розрахункова витрата на ділянці, л/с; l - Довжина розрахункової ділянки, м; до - швидкісний коефіцієнт, що визначається залежно від дійсної швидкості води у трубопроводі.
Уяснимо фізичний сенс питомого опору трубопроводу А, що входить у другу водопровідну формулу. Питомий опір - це втрати напору, які виникають у трубопроводі завдовжки 1 м при пропуску одиничної витрати. Питомий опір трубопроводу – величина розмірна. Якщо витрата води у трубопроводі qрозр. виявляється у л/с, А має розмірність (с/л)2 , якщо ж qрасч. дається в м3/с, то А приймається (с/м3)2.
Величина питомого опору труб приймається залежно від діаметра трубопроводу та матеріалу труб.
Втратинапору місцевого характеру визначаються за такою формулою:
де hм – місцеві втрати напору, м; про - коефіцієнт місцевого опору; V – швидкість води за місцевим опором, м/с; g - прискорення вільного падіння, м/с.
Однак через численність і різноманіття видів місцевих опорів у системі водопровідних споруд потрібно тривала робота з визначення втрат напору в них. Тому, як показали дослідження, величину втрат напору в місцевих опорах мережі, що розводить, можна враховувати у відсотках від втрат напору по довжині. При розрахунку зовнішніх мереж, що розводять, слід приймати величину місцевих втрат як 10 % від втрат напору по довжині. Тоді, вводячи коефіцієнт b, рівний 1,1 можна за допомогою другої формули водопровідної визначити загальні втрати напору на ділянці трубопроводу. Формула матиме вигляд:
де b - Коефіцієнт, що враховує втрати напору в місцевих опорах.
Визначаючи втрати напору, необхідно прагнути, щоб на кожній ділянці їх величина не перевищувала 5 м, інакше слід збільшити діаметр трубопроводу.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно