9.Гидравлический расчет водоводов и водопроводных сетей

Гидравлические расчеты сетей производят с целью определения: действительного распределения потоков воды по участкам; напоров в различных ее точках; подачи и напоров водопитателей при уже заданных величинах узловых отборов, диаметрах и длинах труб по участкам, геодезических отметок узлов сети. Задачей гидравлических расчетов является также обеспечение соответствующих гидравлических связей менаду отдельными элементами системы: насосными станциями, водоводами, напорно-регулирующими емкостями. Для нахождения неизвестных расходов воды по участкам, напоров во всех узлах сети, напорно-расходных характеристик водопитателей используют следующие уравнения:

уравнение первого закона Кирхгофа, связывающее только расходы воды (4)

уравнение второго закона Кирхгофа, связывающее потери напора в кольцах (5)

уравнение, связывающее попарно водопитатели и нефиксированные отборы через потери напора в соединяющих их линиях

(6)

Уравнение (4) называют уравнением баланса расходов; уравнение (5) - уравнением баланса потерь напора в кольцах; уравнение (6) - уравнением внешней увязки. В случае расчета разветвленной сети с одним водопитателем и фиксированными отборами для нахождения всех неизвестных расходов оказывается достаточным уравнение баланса расходов в узлах. Если же кольцевая сеть имеет один водопитатель и не имеет нефиксированных отборов, то для нахождения действительных расходов по участкам достаточно уравнений баланса расходов воды в узлах и потерь напора в кольцах. По определенным в результате поверочных расчетов действительным расходам воды и потерям напора по участкам находят искомые узловые (пьезометрические) напоры при условии заданных свободных напоров. По найденным пьезометрическим напорам в диктующей точке системы определяют необходимый напор, который должен обеспечивать водопитатель, и подбирают соответствующий насос.

В качестве диктующей (критической) точки выбирают наиболее неблагоприятную - самую отдаленную от начала сети или расположенную на более высоких отметках. Иногда необходимо проверить несколько вариантов диктующих точек для установления действительно диктующей точки. Аналогично определяют напоры и в каждой точке магистральной сети.

Гидравлический расчет сети позволяет определить диаметры труб, потери напора в них и высоту водонапорной башни (или требуемый напор насосов) для обеспечения заданного свободного хозяйственного напора в каждой водоразборной точке. Наиболее простым является расчет разветвленной сети с одним водопитателем и отсутствием нефиксированных расходов. Сеть, подготовленная к расчету, имеет определенную конфигурацию, известны длины участков и узловые расходы. Для нахождения расходов воды в участках сети используют уравнение первого закона Кирхгофа.

В разветвленной сети с одним водопитателем каждая водоразборная точка получает воду с одной стороны. Поэтому расход каждого расчетного участка будет равен сумме расходов воды водоразборных точек, расположенных за рассматриваемым участком. Следовательно, складывая последовательно узловые расходы, начиная от наиболее отдаленного, можно получить значения расчетных расходов для каждого из участков сети.

Правильность расчетов проверяют по формуле (4).

По известным расчетным расходам участков сети определяют экономичные диаметры труб с помощью таблиц предельных экономичных расходов, После этого по таблицам находят потери напора на единицу длины и по формуле (3) вычисляют потери напора на каждом участке магистральной сети и ответвлений. Общая потеря напора в сети будет равна сумме потерь на участках от самой отдаленной ее точки до водопитателя.

В отличие от расчета магистрали при гидравлическом расчете ответвлений диаметры труб определяют при известных расчетных расходах и заданных напорах в начале и конце участка. Расчет ведут по среднему гидравлическому уклону линии пьезометрических напоров, который может быть допущен на всем ответвлении при соблюдении требуемого минимального свободного напора в конечной точке.

При гидравлическом расчете кольцевой сети определяют: диаметры труб всех участков, потери напора в них, свободные напоры в узлах, высоту водонапорной башни (напорно-регулирующих резервуаров) или напор насосов. Расчет сети ведут по следующим этапам: а) определяют путевые расходы и приводят их к узловым при основных случаях работы сети; б) назначают первоначальное распределение расходов по линиям сети и вычисляют расчетные расходы по участкам; в) находят наивыгоднейшие диаметры труб с использованием методов технико-экономического расчета; г) определяют сопротивления участков сети; д) производят гидравлическую увязку сети: определяют потери напора на всех участках, "невязки" в кольцах, вносят поправки в первоначальные величины расходов; е) определяют пьезометрические отметки и свободные хозяйственные напоры во всех узлах сети, начиная от конечных узлов к начальным; ж) производят поверочные расчеты на случай пожара в часы максимального водопотребления и на случай аварии; з) подбирают гидромашины насосной станции.