2. Типы и конструкции водопроводных труб

Трубы, применяемые для строительства напорных водоводов и сетей, должны иметь: достаточную прочность для восприятия суммарного напряжения от действия внутреннего давления воды, грунта и транспортной нагрузки; высокую гидравлическую гладкость внутренней поверхности; водонепроницаемые стенки; большую долговечность; минимальную стоимость.

Этим требованиям в различной степени удовлетворяют выпускаемые в настоящее время стальные, чугунные, асбестоцементные, железобетонные, пластмассовые, стеклянные трубы.

Для напорных водоводов и сетей рекомендуется применять неметаллические, а также чугунные напорные водопроводные трубы, Стальные трубы разрешается применять в исключительных случаях при соответствующем обосновании и для переходов под железными и шоссейными дорогами, через водные преграды и овраги.

Выбор материала труб производят на основании свойств труб, а также местных условий работы трубопровода.

Стальные трубы изготовляют двух видов: стальные водогазопроводные (ГОСТ 3262—75*) с наружным диаметром от 10 до 160 мм и стальные электросварные (ГОСТ 10704—76* и 8696 — 74*) с наружным диаметром от 70 до 1600 мм.

На заводах-изготовителях на трубы не наносится никакого противокоррозионного покрытия, поэтому изоляцию производят на трубозаготовительных базах строительных организаций или в полевых условиях.

Тип изоляции принимают в зависимости от местных гидрологических условий и физико-химических свойств грунта и грунтовых вод.

К достоинствам стальных труб следует отнести высокое сопротивление динамическим нагрузкам и изгибающим усилиям; выдерживание большого внутреннего давления, меньший вес по сравнению с чугунными трубами; меньшее количество стыковых соединений, что упрощает монтаж трубопроводов.

К недостаткам стальных труб следует отнести то, что они в большей степени подвержены коррозии, чем чугунные трубы. Нанесение противокоррозионной изоляции на трубозаготовительнмх базах строительных организаций несколько усложняет производство работ по строительству трубопроводов и увеличивает стоимость транспортировки труб.

Пластмассовые трубы изготовляют из полиэтилена высокой и низкой (ГОСТ 18599—73) плотности и поливинилхлорида (винипласта) с условным проходным диаметром от 10 до 450 мм длиной 8, 10, 12 м, а при диаметре 15 ... 40 мм длиной от 30 до 120 м с гладкими концами, на рабочее давление от 0,4 до 1,0 МПа. Полиэтиленовые трубы соединяют между собой сваркой (неразъемное удинение), накидной гайкой или на фланцах (разъемное соеди-виие). Для монтажа трубопроводов применяют фасонные частиполиэтилена.Достоинством полиэтиленовых труб является высокая коррозионная стойкость, малая масса, высокая гидравлическая гладкость стенок труб, простота механической обработки.

Основные недостатки - большой коэффициент линейного расширения и малая сопротивляемость раздавливанию.

2. Схемы водопроводных сетей в жилых микрорайонах

В настоящее время в качестве основной формы застройки городов принята система жилых районов и микрорайонов. Такое решение позволяет наиболее рационально размещать многочисленные подземные коммуникации и, в частности, сети водоснабжения. Для снабжения водой микрорайонов предусматривается микрорайонная сеть (рис.1), состоящая из ввода, соединяющего наружную водопроводную сеть со зданием центрального теплового пункта (ЦТП), и квартальной сети, транспортирующей воду ЦТП к группам зданий или отдельным домам. При значительных размерах кварталов микрорайонная сеть обеспечивает и пожарные нужды, поэтому на ней размещаются пожарные гидранты на расстоянии не более 150 м друг от друга.

Системы водоснабжения разделяют на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные. Помимо этого вода, вода используется для мойки улиц, проездов, площадей, а также поливки зеленых насаждений и для других целей. В зависимости от вида объекта, снабжаемого водой, системы бывают городскими, поселковыми, промышленными и т.п. При этом система водоснабжения может обеспечивать водой как один объект, так и группу однородных и разнородных потребителей на территории района.

Рисунок2. Микрорайонное водоснабжение:

1- внутриквартальная сеть: 2- центральные тепловой пункт; 3 -ввод городской магистральной сети; 4 - колодец с гидрантом; 5 -индивидуальный ввод; 6 -уличная распределительная сеть

Расстояние между гидрантами необходимо проверять расчетом, учитывающим суммарный расход воды на пожаротушение и пропускную способность установленного типа гидрантов по ГОСТу.

Потери напора h, м, на 1 м длины рукавных линий следует определять по формулеh/1= 0,00385q_n², где q_n- производительность пожарной струи.

Пожарные гидранты устанавливают в местах, удобных для подъезда пожарных машин, вдоль автомобильных дорог на расстоянии не более 2,5 м от края проезжей части, но не ближе 5 м от стен зданий; допускается устройство гидрантов на проезжей части.

Расстановка пожарных гидрантов на квартальной сети должна обеспечивать пожаротушение любого обслуживаемого данной сетью здания, сооружения, не менее чем от двух гидрантов при расходе воды на наружное пожаротушение 15 л/с.

Трассировка водопроводной сети микрорайона определяется в зависимости от: характера объектов, планировки, этажности и размещения отдельных зданий, расположения внутриквартальных проездов, наличия и размещения зеленых насаждений и т. д.; наличия и диаметра магистральных линий сети городского водопровода.

Современный город состоит из жилых кварталов, резко отличающихся по своей планировке. Старые районы характерны застройкой по «красной линии», когда жилые здания ориентированы своими фасадами относительно улиц и проездов.

Новые районы города застраиваются по принятой в современной градостроительной практике «свободной» планировке жилых кварталов, которые состоят из отдельных микрорайонов. Каждый микрорайон включает группу жилых зданий, школы, детские учреждения и торгово-хозяйственный блок.

При застройке по «красной линии» здания присоединяются к магистральным линиям водопроводной сети, уложенным по уличным проездам. Присоединение вводов к магистральным трубопроводам больших диаметров (D>400 мм) не допускается. В этом случае питание вводов потребителей осуществляется из сопутствующих распределительных трубопроводов D = 150 ... 300 мм. На сопутствующей линии устраивают противопожарные гидранты. Установка гидрантов на ответвлениях от линий водопровода не допускается.

При свободной планировке жилых районов питание водой зданий осуществляется из внутриквартальной водопроводной сети. Водомерный узел и насосы-повысители напора располагаются в здании (ЦТП).

Как правило, каждый жилой микрорайон обслуживается несколькими ЦТП. Во избежание избыточных напоров в водопроводной сети желательно, чтобы подача воды зданиям одинаковой этажности осуществлялась от одного ЦТП или от одной группы насосов.

Для автоматического поддерживания в квартальной сети водоснабжения заданного давления независимо от давления в городскойводопроводной распределительной сети и расхода воды в системе следует применять регуляторы давления на вводах в микрорайон. Их необходимо устанавливать в тех случаях, когда гидростатический напор в системе хозяйственно-питьевого водопровода на отметке наиболее низко расположенного санитарно-технического прибора превышает 60 м. В момент возникновения пожара допускается повышение напора до 90 м.

В системах водоснабжения и водоотведения наибольшее рас­пространение нашли центробежные насосы.

Работа этих насосов основана на силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости.

Основным рабочим органом центробежного насоса (рис.2) является свободно вращающееся внутри корпуса рабочее колесо, насаженное на вал. Колесо состоит из двух дисков — переднего в форме широкого кольца, с входным отверстием в центре, и заднего - сплошного, с втулкой в центре для насадки на вал. Диски соединяются в единую конструкцию лопастями, находящимися друг от друга на некотором расстоянии, и плавно изогнутыми в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют меж­лопастные каналы, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на жидкость, находящуюся в межлопастном канале, будет действовать центробежная сила.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а в периферийной части - повышенное давление.

Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить непрерывный подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод от него.

В зависимости от рода перекачиваемой жидкости конструкций центробежных насосов может несколько видоизменяться. Например, у насосов перекачивающих чистую воду, количество лопастей устанавливают 6 ... 8, а у насосов, перекачивающих загрязненные воды (бытовые сточные, грунтовую пульпу, песок и т. д.) — 4 ... 6 (в отдельных типах насосов — 2), у этих же насосов ширина их корпуса и расстояние между дисками значительно больше. Кроме того, на корпусе и входном патрубке насоса предусмотрены люки для прочистки насоса в случае засорения без разборки корпуса.

Рисунок3. Консольный насос-моноблок:

1-вибровставка; 2 - входной патрубок; 3 - корпус насоса; 4 - рабочее колесо; 5- лопасть рабочего колеса; 6 - фонарь; 7 - электродвигатель; 8 -сальник;

9 - выходной патрубок

Для обеспечения эксплуатации насоса необходимо смонтировать (см. рис.2):

1) приемный клапан с сеткой, необходимый для удержания в корпусе насоса и во всасывающем трубопроводе воды при заливке насоса перед пуском;

2) всасывающий трубопровод;

3) задвижку на всасывающем трубопроводе в тех случаях, иногда насос находится под заливом или всасывающая линия насосаприсоединена к объединенному всасывающему трубопроводу;

4) вакуумметр для определения вакуумметрической высоты всасывания, присоединяется к всасывающему патрубку насоса;

5) манометр для определения давления, развиваемого насосом, устанавливаемый на напорном патрубке насоса;

6) обратный клапан, недопускающий обратного движения воды из напорного трубопровода;

7) задвижку на напорном трубопроводе для отключения насоса от напорного трубопровода и в некоторых случаях для регулирования подачи и напора насоса (устанавливается непосредственноза обратным клапаном);

8) расходомер для определения подачи(расхода) насоса;

9) предохранительный клапан, служащийдля защиты насоса и трубопровода от действия повышенного давления, возникающего при гидравлическом ударе.

Центробежные насосы изготовляют с подачей Q=l,4... 25 000 л/с, с напором Н=10... 130 м и более, при КПД=0,4... 0,94.

4. Состав расчетно-графической работы

При изучении дисциплины «Водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики» программой предусмотрено выполнение расчетно-графической работы, по гидравлической увязке кольцевой водопроводной сети с фиксированными узловыми отборами, которая должна содержать результаты расчета водопроводной сети методом Лобачева-Кросса с указанием всех итераций (поправок в первоначальное потокораспределение). Расчет ведется до тех пор, пока величина невязки(∆h) во всех кольцах не перестанет превышать допустимую величину: по отдельным кольцам не более +0,5м, а по внешнему контуру сети не более +1,5м.

1. Исходные данные (представлены в приложениях 1 и 2 настоящих методических указаний) в соответствии с заданной схемой кольцевой водопроводной сети и вариантом расчета;

2. Схему кольцевой водопроводной сети с узловыми отборами, длинами и диаметрами участков сети;

3. Результаты расчета по каждой итерации, с указанием на расчетной схеме расхода(q), потерь напора(h), полного гидравлического сопротивления (S) и скорости движения (v) воды на участках сети, а также невязок(∆h) по каждому кольцу.

5. Последовательность выполнения гидравлического расчета

Этап 1. По заданному варианту определить схему кольцевой водопроводной сети (приложение 1) и выбрать значения узловых отборов, длину и диаметры участков сети (приложение 2).

Этап 2. Подсчитать суммарное водопотребление по формуле:

Q_об = Σq_уз1, м³/с,

где Q_об – суммарный расход воды, поступающий в сеть, м³/с;

q_уз1 – отбор в i-ом узле, м³/с.

Этап 3. Выполнить первоначальное потокораспределение воды, соблюдая 1-й закон Кирхгофа (баланс расходов воды к каждом узле):

ΣQ_n – ΣQ_o=0 м³/с,

где ΣQ_n – количество воды, подходящее к узлу, м³/с;

ΣQ_o – количество воды, отходящее от узла, м³/с;

q_уз – отбор воды в узле, м³/с.

Этап 4. определить полное гидравлическое сопротивление участков сети по формуле:

S₁ = K₁*A_OJ*L₁, с²/м⁵,

где S₁ - полное гидравлическое сопротивление j–го участка, с²/м⁵;

K₁ - поправочный коэффициент к значению удельного гидравлического сопротивления, зависит от скорости и принимается по [1]. При выполнении гидравлической увязки сети рекомендуется этот коэффициент учитывать в последней итераций расчета;

A_OJ - удельное гидравлическое сопротивление j–го участка, с²/м⁶; определяется по [1];

L₁ - длина j–го участка трубопровода, м.

Этап 5. подсчитать потери напора в каждом участке сети по формуле [5,7]:

h_j = S_j*q_j², м ,

где h_j – потери напора в j–ом участке сети, м;

S_j - гидравлическое сопротивление j–го участка сети, с²/м⁵;

q_j - расход воды по j–му участку, м³/с.

Этап 6. Определить невязку в каждом кольце сети:

∆h_k=Σh_j, м,

где ∆h_k – невязка k–го кольца, м;

Σh_j - алгебраическая сумма потерь напора в участках, принадлежащих k–му кольцу (условно считается, что если вода движется в участке по часовой стрелке, то потери напора принимаются со знаком «+», если против – «-»), м.

Если величина невязки кольца больше допустимой:∆h_k>∆h_доп ,м,

то необходимо выполнить увязку сети.

Этап 7. Определит поправочный расход для каждого кольца по методу В.Г.Лобачева:

где – поправочный расход для k–го кольца, м³/с;

-невязка в k–ом кольце, м;

S_j-гидравлическое сопротивление j–го участка сети, с²/м⁵;

q_j-расход воды в j–ом участке сети, м³/с.

Этап 8. внести поправочные расходы в первоначально принятые расходы в участках:

q_j = q⁰_jk ±∆q_k ±∆q_{смеж.кольца}

Если направление поправочного расхода совпадает с направлением движения воды в участке, то поправочный расход прибавляется, если не совпадает, вычитается.

Исправленные значения расходов воды в участках сети вносят в расчетную схему и выполняется следующая итерация увязки сети.

Этапы 5,6,7 и 8 повторяются в указанной последовательности, пока величина невязки во всех кольцах будет меньше допустимой величины:

∆h_k<∆h_доп ,м,

Этап 9. Если величина невязки в кольцах соответствует допустимой:

∆h_k<∆h_доп ,м,

то необходимо определить невязку по внешнему контуру кольцевой сети:

∆h_внеш = Σh_{внеш.конт.}, м,

где ∆h_внеш– невязка по внешнему контуру кольцевой сети, м,

Σh_{внеш.конт} - алгебраическая сумма потерь напора в участках внешнего контура.

Если в результатах расчета ∆h_внешокажется, что |∆h_внеш|>h_{доп.внеш}, м, то увязка сети продолжается и вновь повторяются этапы 5,6,7 и 8.

Этап 10. Если величина невязки в кольцах и по внешнему контуру сети соответствует допустимой, то необходимо вычислить скорость движения воды (v. м/с) в участках и определить поправочные коэффициенты К [1].

С учетом поправочных коэффициентов повторить этапы 5,6,7,8,9 и 10.

Этап 11. Гидравлический расчет заканчивается после получения допустимой невязки во всех кольцах сети и по внешнему контуру. В результате увязки определяется фактическое распределение расходов воды и потери напора в участках сети.