20.2 Типы трубчатых оросительных систем

Дождевальные системы по устройству (признаку подвижности отдельных элементов) классифицируются на стационарные, полустационар-

ные и передвижные.

В стационарной системе все элементы, составляющие оросительную систему, занимают постоянное (стационарное) положение на орошаемой территории, кроме дождевальных аппаратов.

Оросительная система, сочетающая стационарные элементы с самоходными дождевальными машинами, разборными трубопроводами или временными оросителями относится к полустационарной системе.

В передвижной системе все без исключения элементы меняют свое местоположение на орошаемой площади.

Стационарная система наиболее совершенна. Она позволяет полностью автоматизировать полив. Характеризуется большими капитальными затратами при минимальных эксплуатационных расходах и затратах труда.

Полустационарные системы характеризуются промежуточными показателями между стационарными и передвижными. В настоящее время они получили наибольшее распространение.

Закрытые системы применяются при поверхностном, внутрипочвенном, капельном орошении и дождевании.

Закрытая оросительная сеть по начертанию подразделяется на тупиковую (ветвеобразную) и кольцевую.

Тупиковая сеть - это разветвленная система трубопроводов, вода в которых движется в одном направлении.

К достоинству тупиковой сети можно отнести: уменьшение протяженности сети; снижение капитальных затрат на строительство.

К недостаткам тупиковой сети можно отнести: не достаточную надежность подачи воды; сильное разрушающее действие гидравлического удара; увеличиваются диаметры трубопроводов.

В кольцевой сети образуются замкнутые контура трубопроводов - кольца, вода в которых движется в разных направлениях.

Кольцевание уменьшает диаметр трубопроводов, обеспечивает бесперебойную подачу воды при авариях. Однако, кольцевание увеличивает общую протяженность трубопроводов и количество арматуры на них.

При орошении закрытая сеть проектируется, как правило, тупиковой. Парное кольцевание целесообразно для трубопроводов с расходом 400 л/с, когда длина кольцующих трубопроводов в 2 и более раза превышает расстояние между ними.

20. 3 Комбинированная оросительная сеть

В комбинированной оросительной сети объединяются элементы, представленные закрытыми трубопроводами и открытыми каналами, выполняемыми в земляном русле или лотках. Закрытыми обычно делают те ее элементы, которые имеют наибольшую суммарную протяженность. Окончательное решение о том, какие элементы сети будут открытыми или закрытыми принимается на основании технико-экономического сравнения

вариантов, исходя из конкретных природно-хозяйственных условий.

По способу создания напора комбинированная сеть подразделяется на самонапорную и с механической подачей воды.

20.4 Расчетные расходы трубопроводов и параметры сети

Закрытая оросительная сеть должна обеспечивать подачу и распределение воды в пределах орошаемой площади в соответствии с графиками полива. За расчетный принимается максимальный расход. Устанавливаются расходы, начиная с последнего звена - поливных, затем распределительных и магистральных трубопроводов при самом неблагоприятном расположении одновременно работающей поливной техники по орошаемой площади относительно водозаборного сооружения, с тем, чтобы не занизить пропускную способность сети. Для этого устанавливается расчетная трасса трубопроводов, подводящих воду к наиболее удаленному гидранту. На расчетной трассе показываются точки одновременного отбора воды

Максимальный расход нетто поливного трубопровода , м³/с, определяется по формулам:

или , (2)

где - суммарный расход подаваемый к поливной технике с конкретного трубопровода или его участка, м³/с;

- суммарный расход брутто подаваемый на поливные участки (модули) из данного трубопровода или его участка, м³/с.

Максимальный расход брутто трубопроводов , м³/с, вычисляется по зависимости:

, (3)

где - коэффициент полезного действия трубопровода.

Для вычисления максимальных расходов брутто распределительных трубопроводов , м³/с, используется формула:

, (4)

где - расход нетто распределительного трубопровода, или расходы брутто распределительных трубопроводов младшего порядка, м³/с;

- коэффициент полезного действия системы распределительного трубопровода.

Коэффициент полезного действия закрытой сети (трубопроводов) принимается согласно СНиП 2.06.03-85 не менее 0,98.

Для комбинированной оросительной сети учитываются потери воды из открытых каналов, временных оросителей.

Гидравлический расчет трубопроводов заключается в подборе их диаметров, определении потерь напора для установления необходимого полного напора в голове закрытой сети при соблюдении условий допустимости скоростей движения воды. Исходными данными для расчета являются: расход трубопровода и длина, материал труб.

Последовательность расчета тупиковой сети следующая:

- экономически наивыгоднейший диаметр , м, определяется по формуле:

, (5)

где – коэффициент, равный для асбестоцементных труб - 0,75 - 0,95; стальных - 0,9-1,1; железобетонных 1,0-1,25;

- расход брутто, м³/с.

Полученный диаметр округляется до стандартного ,м;

- вычисляется средняя скорость движения воды , м/с:

(6)

- фактическая скорость должна превышать критическую на заиление , м/с, которая при мутности воды до 10 кг/м³ и крупности частиц от 0,25 до 0,5 мм определяется из выражения:

, (7)

где - средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, мм/с;

- ускорение свободного падения, м/с²;

- мутность оросительной воды, т/м³;

- коэффициент гидравлического сопротивления;

- определяются потери напора по длине трубопровода , м:

, (8)

где - длина трубопровода, м;

- местные потери , м, принимаются равными 10 % от потерь по длине:

; (9)

- суммарные потери , м, определяются выражением:

(10)

Особенность расчета поливных закольцованных трубопроводов заключается в установлении расчетных расходов, поступающих в ветви кольца.

Расходы обычно определяются для случая, когда вода забирается в наиболее удаленной точке кольца (рисунок 2).

Как правило, закольцованная сеть принимается одного диаметра из условия равенства расходов, поступающих в каждую ветвь:

(11)

где - расход воды, поступающий в закольцованный участок поливных трубопроводов, м³/с.

Диаметр ветвей кольца вычисляется по формуле (5).

Выведем формулу для нахождения расходов воды в ветвях кольца из условия равенства потерь напора:

(12)

После сокращения равенство (12) примет вид:

(13)

Преобразуем равенство с учетом скорости движения воды в ветвях:

или (14)

Приняв , и выполнив необходимые преобразования, получим:

(15)

; откуда (16)

Потери напора в ветвях определяются по формуле (8)

Необходимый расчетный напор в закрытой сети , м, определяется по формуле:

(17)

где - геодезическая высота подъема воды, м;

- суммарные потери напора в сети, м;

- потери напора во всасывающих и присоединительных трубопроводах насосной станции, м. (0,75-1,0);

- свободный напор на гидранте, м.

Если при анализе расположения в плане закрытой сети не удается с достаточной уверенностью выбрать расчетную трассу трубопроводов, то устанавливаются все возможные варианты, определяется полный напор для каждого из них и за расчетный принимается вариант с наибольшим необходимым напором.

В трубопроводах закрытых оросительных систем наблюдаются переходные гидравлические процессы вследствие запуска, оперативных, ава-

рийных переключений и отключений насосных агрегатов и поливной техники. Переходные гидравлические процессы сопровождаются изменением давления в сети, что вызывает опасность разрушения трубопроводов от возможного гидравлического удара.

Максимальное повышение давления в сети при отсутствии явления разрыва сплошности потока вычисляется по формулам института «ВОДГЕО»

при (18)

при (19)

при возникновении явления разрыва сплошности потока

(20)

где - давление ударной волны, мПа;

- статическое давление в рассматриваемой точке, мПа;

- скорость распространения ударной волны, м/с;

- скорость движения воды в трубопроводе, м/с.

Статический напор в трубопроводах определяется как разность отметок выхода воды в атмосферу в интересующей точке и уровня воды в источнике орошения.

Расчеты рекомендуется выполнять для двух значений скорости распространения ударной волны , м/с:

для металлических и железобетонных труб для асбестоцементных труб

=500 =300

=1000 =600

Полученная величина ударного давления сравнивается с допускаемым пределом прочности труб.

Для предотвращения разрушения трубопроводов от гидравлического удара на оросительной сети устанавливаются гасители удара, клапаны для выпуска и впуска воздуха, предохранительные клапаны, водовоздушные баки.