Гидравлический расчет водопроводной сети: цели, варианты и порядок проведения вычислений

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

Гидравлический расчет водопровода – совокупность вычислений, производимых на этапе проектирования здания (многоэтажного дома, коттеджа). Роль данного вида работ очень важна – неправильно спроектированная система водоснабжения не будет нормально функционировать. Выражаться это может в слабом напоре воды на верхних этажах высоток и в частых прорывах подвальных коммуникаций из-за высокого давления ввода.

  1. Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей
  2. Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей
  3. Проектный
  4. Поверочный
  5. Порядок проведения гидравлического расчета
  6. Пример расчета холодного водоснабжения

Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей

Основными целями гидравлического расчета системы водоснабжения здания являются:

  • вычисление максимального расхода воды на отдельных участках системы водоснабжения;
  • определение скорости перемещения воды в трубах;
  • расчет внутреннего диаметра труб для монтажа различных участков водопроводной сети;
  • вычисление потери напора воды при подаче ее из магистрального трубопровода на определенную высоту;
  • определение мощности насосного оборудования и целесообразности его использования с учетом произведенных расчетов.

Выполняются расчеты на основании данных и методик СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

В зависимости от целей различают два вида гидравлического расчета водопроводных сетей — проектный и поверочный (наладочный).

Проектный

Данный вид гидравлического расчета производится при проектировании системы водоснабжения здания. С его помощью определяют вид трубопроводов для различных участков сети, скорость потока в них.

Кроме вычислений данный вид расчета включает в себя схематическое расположение элементов внутреннего водопровода — узла ввода, подвальных коммуникаций, стояков, узлов водоразбора.

Поверочный

Основными целями данного вида гидравлического расчета является определение распределения потоков в системе водоснабжения, вычисление напора источников при заранее вычисленных внутренних диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

Результатами поверочного расчета являются:

  • водопотребление и потери напора на всех участках системы водоснабжения;
  • объем подачи воды от источника (магистрального водопровода, водонапорной башни или контррезервуара);
  • пьезометрические напоры в различных точках водоразбора.

Все полученные в результате данного расчета значения используют для проектирования расположения точек водоразбора – сантехнических приборов – внутри проектируемого здания.

Точный и достаточно быстрый наладочный расчет водопроводных сетей различной конфигурации (от простой тупикового водопровода до более сложной кольцевой системы) можно производить при помощи программ: «ГидроМодель», «Умная Вода», «WaterSupply», «Гидравлический расчет трубопровода».

Порядок проведения гидравлического расчета

Гидравлический расчет системы водоснабжения включает в себя следующие этапы:

  • Определение количества точек водоразбора – для этого по типовому плану здания определяют количество умывальников, ванн, унитазов в здании.
  • Составление схематического изображения (аксонометрической схемы) внутренней водопроводной сети – вручную или при помощи специального программного обеспечения составляется схема расположения стояков водоснабжения и подключаемых к ним сантехнических приборов. При этом для удобства дальнейшей работы каждый горячий и холодный водоснабжающий трубопровод отмечают различными цветами (красным и синим соответственно).
  • Разбиение водопроводной сети на отдельные расчетные горизонтальные и вертикальные участки, состоящие из трубопроводов и водоразборных узлов. Границами каждого участка является запорная арматура и сантехнические приборы.
  • Вычисление вероятности одновременного включения всех водоразборных узлов расчетного участка(P) – расчет значения данной величины производится по следующей формуле:

P=Q макс.вод ×U/Qприб.×N×3600;

где Q макс.вод –расход воды в часы с максимальным водопотреблением, л/ч на 1 жителя;

U – количество жителей, которых обеспечивают водой коммуникации и водоразборные узлы расчетного участка, чел;

Qприб. – нормативный расход через узел водоразбора в среднем составляющий 0,18 л/с;

N – количество входящих в расчетный участок узлов водоразбора (сантехнических приборов), шт;

3600 — коэффициент используемый для перевода литров в час в литры в секунду.

  • Определение максимального секундного расхода воды трубопроводом и водозаборными узлами расчетного участка по формуле:

Q макс.расх.вод= 5× Q в.приб×a; л/с

где Q в.приб – суммарный нормативный расход через узлы водоразбора участка;

a – величина безразмерная. Ее значение находят по специальным таблицам в СНиП 2.04.01-85.

  • Подбор оптимального внутреннего диаметра трубопровода — подбирается с учетом рекомендаций по использованию и экономической целесообразности применения в данных условиях.
  • Расчет скорости воды — вычисляют по специальным методическим пособиям, исходя из внутреннего диаметра выбранного трубопровода.
  • Вычисление потерь напора (Нl) по формуле:

где L – длина расчетного участка, м;

i – удельные потери напора при трении воды о внутренние стенки трубопровода, измеряется данная величина в миллиметрах водяного столба/метр трубопровода;

Kl – поправочный коэффициент, при проектировании жилых многоквартирных домов и коттеджей его значение равно 0,3.

  • Для зданий имеющих 2 и более этажей гидравлический расчет требуемого напора(Hтр) водопроводного ввода в месте его подключения к наружному магистральному трубопроводу производится по следующей формуле:

где n – количество этажей;

4 -напор необходимый для поднятия воды для каждого этажа, расположенного выше первого, м.

  • Фактический требуемый напор в точке ввода (Нф) находят, суммируя расчетный напор ввода (Hтр) с потерями напора на расчетных участках (Нl):

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2+ Нl расч.уч.3+ Нl расч.уч.4+ Нl расч.уч.n

Результаты такого расчета записывают в сводную таблицу.

Напор в 10 метров водного столба равен давлению в водопроводной магистрали равном 1 атмосфере (1 Bar).

Пример расчета холодного водоснабжения

Здание – 2-х этажный дом с цокольным этажом, одним вертикальным стояком высотой от подвала до верха -6 м, 5 точками водоразбора (кухонной мойкой, смесителем ванны и умывальника, унитаза,– на первом этаже; унитазом и смесителем душевой кабины — на втором этаже). В доме живет семья из 6 человек.

  • Проектируемая внутренняя система водоснабжения разбивается на 2 расчетных участка – первого и второго этажа. Длина коммуникаций первого участка равна 5 м, вертикального стояка и горизонтальных коммуникаций второго участка – 5,5 м.
  • Используя табличные данные СНиП, рассчитывается вероятность одновременного включения всех водоразборных узлов для первого и второго расчетных участков:
  • Максимальный расход данных участков с учетом найденных по таблицам соответствующих значений коэффициента a будет равен:
Читайте также:
Трубы для дачного водопровода: технические характеристики, достоинства и недостатки

Q макс.расх.вод1= 5× Q в.приб×a = 5×0,18×0,265=0,24л/с;

Qмакс.расх.вод2= 5×Qв.приб×a =5×0,18×0,241=0,22 л/с

  • С учетом полученных значений расхода воды внутренний водопровод проектируют из простой полипропиленовой трубы диаметром 25мм (горизонтальные отводы от стояка) и 32 мм (вертикальный стояк).
  • На основании значений длины первого и второго расчетного участка, величины коэффициента i и Kl (для таких условий они равны 0,083 и 0,3 соответственно) потеря напора на первом и втором расчетном участке будет равна:

Нl уч.1= L1×i×(1+Kl) = 5×0,083×1,3=0,54 м.вод. столба;

Нl уч.2= L1×i×(1+Kl) = 5,5×0,083×1,3=0,59 м.вод. столба.

Суммарная потеря напора на двух расчетных участках будет равна 1,14 водного столба или 0,114 атмосферы.

  • Требуемый напор в точке ввода для такого здания будет равен:

Hтр=10+(2-1)×4=14 метров водяного столба или 1,4 атмосферы

  • Фактический требуемый напор в точке ввода для данного коттеджа будет равен:

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2=14+1,14=15,14 метров водного столба или 1,5 атмосферы

Благодаря произведенному расчету, хозяин дома на этапе проектирования с учетом давления магистрального водопроводного трубопровода своего населенного пункта может планировать определенную схему внутренней водопроводной сети.

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

  • минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
  • круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
  • форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
  • процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

  • условный (номинальный) диаметр – DN;
  • давление номинальное – PN;
  • рабочее допустимое (избыточное) давление;
  • материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
  • физико-химические свойства рабочей среды;
  • комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
  • изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний, по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

  • ламинарный поток (Re 4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.

Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.

Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.

Подбор оптимального диаметра трубопровода

Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.

Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:

При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).

Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид:

Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы:

Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:

Расчет потерь давления

Рабочее давление в трубопроводе – это на большее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим технологического процесса. Минимальное и максимальное значения давления, а также физико-химические свойства рабочей среды, являются определяющими параметрами при расчёте расстояния между насосами, перекачивающими носитель, и производственной мощности.

Расчет потерь на падение давления в трубопроводе осуществляют по уравнению:

Примеры задач гидравлического расчета трубопровода с решениями

Задача 1

В аппарат с давлением 2,2 бар по горизонтальному трубопроводу с эффективным диаметром 24 мм из открытого хранилища насосом перекачивается вода. Расстояние до аппарата составляет 32 м. Расход жидкости задан – 80 м 3 /час. Суммарный напор составляет 20 м. Принятый коэффициент трения равен 0,028.

Рассчитайте потери напора жидкости на местные сопротивления в данном трубопроводе.

Исходные данные:

Расход Q = 80 м 3 /час = 80·1/3600 = 0,022 м 3 /с;

эффективный диаметр d = 24 мм;

длина трубы l = 32 м;

коэффициент трения λ = 0,028;

давление в аппарате Р = 2,2 бар = 2,2·10 5 Па;

общий напор Н = 20 м.

Решение задачи:

Скорость потока движения воды в трубопроводе рассчитывается по видоизмененному уравнению:

w=(4·Q) / (π·d 2 ) = ((4·0,022) / (3,14·[0,024] 2 )) = 48,66 м/с

Потери напора жидкости в трубопроводе на трение определяются по уравнению:

HТ = (λ·l) / (d·[w 2 /(2·g)]) = (0,028·32) / (0,024·[48,66] 2 ) / (2·9,81) = 0,31 м

Общие потери напора носителя рассчитываются по уравнению и составляют:

Потери напора на местные сопротивления определяется как разность:

Ответ: потери напора воды на местные сопротивления составляют 7,45 м.

Задача 2

По горизонтальному трубопроводу центробежным насосом транспортируется вода. Поток в трубе движется со скоростью 2,0 м/с. Общий напор составляет 8 м.

Найти минимальную длину прямого трубопровода, в центре которого установлен один вентиль. Забор воды осуществляется из открытого хранилища. Из трубы вода самотеком изливается в другую емкость. Рабочий диаметр трубопровода равен 0,1 м. Относительная шероховатость принимается равной 4·10 -5 .

Исходные данные:

Скорость потока жидкости W = 2,0 м/с;

диаметр трубы d = 100 мм;

общий напор Н = 8 м;

относительная шероховатость 4·10 -5 .

Решение задачи:

Согласно справочным данным в трубе диаметром 0,1 м коэффициенты местных сопротивлений для вентиля и выхода из трубы составляют соответственно 4,1 и 1.

Значение скоростного напора определяется по соотношению:

w 2 /(2·g) = 2,0 2 /(2·9,81) = 0,204 м

Потери напора воды на местные сопротивления составят:

Суммарные потери напора носителя на сопротивление трению и местные сопротивления рассчитываются по уравнению общего напора для насоса (геометрическая высота Hг по условиям задачи равна 0):

Полученное значение потери напора носителя на трение составят:

Рассчитаем значение числа Рейнольдса для заданных условий течения потока (динамическая вязкость воды принимается равной 1·10 -3 Па·с, плотность воды – 1000 кг/м 3 ):

Re = (w·d·ρ)/μ = (2,0·0,1·1000)/(1·10 -3 ) = 200000

Согласно рассчитанному значению Re, причем 2320 0,25 = 0,316/200000 0,25 = 0,015

Преобразуем уравнение и найдем требуемую длину трубопровода из расчетной формулы потерь напора на трение:

l = (Hоб·d) / (λ·[w 2 /(2g)]) = (6,96·0,1) / (0,016·0,204) = 213,235 м

Ответ:требуемая длина трубопровода составит 213,235 м.

Задача 3

В производстве транспортируют воду при рабочей температуре 40°С с производственным расходом Q = 18 м 3 /час. Длина прямого трубопровода l = 26 м, материал – сталь. Абсолютная шероховатость (ε) принимается для стали по справочным источникам и составляет 50 мкм. Какой будет диаметр стальной трубы, если перепад давления на данном участке не превысит Δp = 0,01 мПа (ΔH = 1,2 м по воде)? Коэффициент трения принимается равным 0,026.

Исходные данные:

Расход Q = 18 м 3 /час = 0,005 м 3 /с;

длина трубопровода l=26 м;

для воды ρ = 1000 кг/м 3 , μ = 653,3·10 -6 Па·с (при Т = 40°С);

шероховатость стальной трубыε = 50 мкм;

коэффициент трения λ = 0,026;

Решение задачи:

Используя форму уравнения неразрывности W=Q/F и уравнение площади потока F=(π·d²)/4 преобразуем выражение Дарси – Вейсбаха:

∆H = λ·l/d·W²/(2·g) = λ·l/d·Q²/(2·g·F²) = λ·[(l·Q²)/(2·d·g·[(π·d²)/4]²)] = =(8·l·Q²)/(g·π²)·λ/d 5 = (8·26·0.005²)/(9,81·3,14²)· λ/d 5 = 5,376·10 -5 ·λ/d 5

d 5 = (5,376·10 -5 ·λ)/∆H = (5,376·10 -5 ·0,026)/1,2 = 1,16·10 -6

d = 5 √1,16·10 -6 = 0,065 м.

Ответ: оптимальный диаметр трубопровода составляет 0,065 м.

Задача 4

Проектируются два трубопровода для транспортировки невязкой жидкости с предполагаемой производительностью Q1 = 18 м 3 /час и Q2 = 34 м 3 /час. Трубы для обоих трубопроводов должны быть одного диаметра.

Определите эффективный диаметр труб d, подходящих под условия данной задачи.

Исходные данные:

Решение задачи:

Определим возможный интервал оптимальных диаметров для проектируемых трубопроводов, воспользовавшись преобразованным видом уравнения расхода:

Значения оптимальной скорости потока найдем из справочных табличных данных. Для невязкой жидкости скорости потока составят 1,5 – 3,0 м/с.

Для первого трубопровода с расходом Q1 = 18 м 3 /час возможные диаметры составят:

d1min = √(4·18)/(3600·3,14·1,5) = 0,065 м

d1max = √(4·18)/(3600·3,14·3.0) = 0,046 м

Для трубопровода с расходом 18 м 3 /час подходят трубы с диаметром поперечного сечения от 0,046 до 0,065 м.

Аналогично определим возможные значения оптимального диаметра для второго трубопровода с расходом Q2 = 34 м 3 /час:

d2min = √(4·34)/(3600·3,14·1,5) = 0,090 м

d2max = √(4·34)/(3600·3,14·3) = 0,063 м

Для трубопровода с расходом 34 м 3 /час возможные оптимальные диаметром могут быть от 0,063 до 0,090 м.

Пересечение двух диапазонов оптимальных диаметров находится в интервале от 0,063 м до 0,065 м.

Ответ: для двух трубопроводов подходят трубы диаметром 0,063–0,065 м.

Задача 5

В трубопроводе диаметром 0,15 м при температуре Т = 40°C движется поток воды производительностью 100 м 3 /час. Определите режим течения потока воды в трубе.

диаметр трубы d = 0,25 м;

расход Q = 100 м 3 /час;

μ = 653,3·10 -6 Па·с (по таблице при Т = 40°С);

ρ = 992,2 кг/м 3 (по таблице при Т = 40°С).

Решение задачи:

Режим течения потока носителя определяется по значению числа Рейнольдса (Re). Для расчета Re определим скорость движения потока жидкости в трубе (W), используя уравнение расхода:

W = Q·4/(π·d²) = [100/3600] · [4/(3,14·0,25²)] = 0,57 м/c

Значение числа Рейнольдса определим по формуле:

Re = (ρ·W·d)/μ = (992,2·0,57·0,25) / (653,3·10 -6 ) = 216422

Критическое значение критерия Reкр по справочным данным равно 4000. Полученное значение Re больше указанного критического, что говорит о турбулентном характере течения жидкости при заданных условиях.

Ответ: режим потока воды – турбулентный.

Гидравлический расчет внутреннего водопровода

Основным назначением гидравлического расчета водопроводной сети является определение наиболее экономичных диаметров трубопровода для пропуска расчетных расходов воды, а также условий, обеспечивающих подачу воды ко всем потребителям в необходимом количестве и с наименьшими потерями напора. Расчет выполняют в следующей последовательности:

1) Подсчитывается жилая площадь всего дома

где Fэт – сумма площадей жилых комнат одного этажа (подсчитывается по плану типового этажа);

n – количество этажей.

2) Количество людей, проживающих в данном доме,

где U – количество человек;

f – санитарная норма площади на одного человека, f=12 м 2

3) Определяется количество санитарно-технических приборов в доме, (по плану типового этажа).

4) Подсчитывается вероятность одновременного открытия приборов в доме по формуле

где Qч – норма водопотребления холодной воды в часы наибольшего потребления, берется по СНиП в зависимости от способа приготовления горячей воды (таблица 3 приложения),

q– удельный расход воды водоразборных устройств, (таблица 3 приложения).

4) Далее расчет ведется по участкам. Для каждого участка вычисляются расчетные расходы на участках по формуле

Q=5 q α,

где α – безразмерная величина, берется по таблице 1 приложения в зависимости от произведения РN

5) Назначая скорость 1м/с (по данным проектных организаций скорости воды во внутреннем водопроводе в пределах 0,9-1,2 м/с), определяется диаметр трубы по формуле

d= ,

согласно сортаменту труб принимается стандартный диаметр.

6) По таблице 2 приложения в зависимости от значения стандартного диаметра и расхода воды на участке уточняются скорость и уклон

7) Определяются потери напора по длине рассматриваемого участка по зависимости

где l– длина участка.

Расчет для исходных данных приведен ниже

1) Fжил =117,2·3=351,6 м 2 (с плана типового этажа)

2) U=351,6/12=29 человек

3) N=24 (с плана типового этажа)

Т.к. способ приготовления горячей воды задан газовый, принимаем

q =0,3л/с, Qч=10,5л/ч. Далее проводим гидравлический расчет трубопровода по участкам, показанным на аксонометрической схеме (рисунок 1.3),

В1

Рисунок 1.1. План типового этажа, М 1:100

В1

Рисунок 1.2. План подвала, М 1:100

Рисунок 1.3. Аксонометрическая схема внутреннего водопровода, М1:100

d= = = =0,022 м

Принимаем d=20мм, тогда

V= ·8,4+0,93=1,190 м/с

1000i= ·8,4+153=245,4

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0246 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·7,7+0,75=0,896 м/с

1000i= ·7,7+74,8=104,21

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,0264 м

Принимаем d=25мм, тогда

V= ·5,1+0,94=1,037м/с

1000i= ·5,1+113=136,46

Потери напора по длине участка:

d= = = =0,304 м

Принимаем d=32мм, тогда

V= ·2,6+0,73=0,759м/с

1000i= ·2,6+49,5=53,1

Потери напора по длине участка:

Принимаем диаметр трубы на один больше предыдущего участка d=40мм. тогда

V= ·2,6+0,56=0,759м/с

1000i= ·2,6+24,6=26,4

Определяем потери напора по длине участка:

Таким образом, для устройства ввода применяются стальные трубы с противокоррозийной битумной изоляцией диаметром 40 мм.

Расчет сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Гидравлический расчет внутреннего водопровода

№ уч-ка Кол-во водоразборных приборов, N РN α Расчетный расход на уч-кеQ, л/с Диаметр трубопровода d, мм Длина расчетного уч-ка l, м Скорость движводыv, м/с Уклон i Потеринапора по длине hi, м
1-2 4 0,04 0,256 0,384 20 3 1,190 0,245 0,735
2-3 8 0,08 0,318 0,477 25 3 0,896 0,104 0,312
3-4 12 0,12 0,367 0,551 25 6,8 1,037 0,136 0,925
4-вв 24 0,24 0,485 0,726 32 3,8 0,759 0,0531 1,28
∑h1= 3,252
ввод 24 0,24 0,485 0,726 40 20 0,581 0,026 0,52

Вычисляется величина общего напора, требуемого для внутреннего водопровода с учетом геометрической высоты подачи воды до диктующего водоразборного устройства согласно формуле:

где Hг – геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

hпл – планировочная высота (превышение пола первого этажа над поверхностью земли);

п – количество этажей;

hэт– высота этажа;

hпр – высота расположения диктующего прибора над полом;

∑ h – потери напора в сети, это сумма местных потерь напора, потерь по длине, потерь на вводе, потерь в водомерном узле:

где ∑h1– сумма потерь напора по длине расчетных участков (в таблице гидравлического расчета);

hм– местные потери напора, принимаются в размере 30% от потерь напора по длине, hм=0,3 ∑h1;

hвв – потери напора на вводе, hвв=ilвв (в таблице гидравлического расчета);

hвод– потери в водомерном узле, находятся по формуле

где S – гидравлическое сопротивление водомера, выбирается из таблицы в зависимости от калибра водомера (таблица 5 приложения);

Q – расчетный (максимальный) расход воды в здании, л/с. При этом расчетный расход не должен превышать максимального кратковременного расхода для данного калибра водомера (таблица 4 приложения). Потери напора в водомерах, учитывающих расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, не должны превышать допустимых величин: для крыльчатых водомеров – 2,5 м, для турбинных – 1м;

h – свободный напор у прибора, зависит от вида прибора. Максимальный свободный напор для унитаза со смывным бачком принимаетсяh=5м.

Для рассматриваемого случая, подсчитывается геометрическая высота подачи воды от поверхности земли до самой высокой водоразборной точки:

Для определения потерь напора в сети, из таблицы гидравлического расчета выписываются ∑h1=3,252м и hвв=0,52м, тогда местные потери hм=0,3∑h1=0,3·3,252=0,9765м. По значению расхода Q=0,726л/с подбираем водомер (таблица 4 приложения). Подошел водомер ВК30 (крыльчатый, калибр 30), для него сопротивление S=1,3 (таблица 5 приложения). Тогда потери в водомере hвод=SQ 2 =1,3·(0,726) 2 =0,6852м, что удовлетворяет условию 0,5м

Гидравлический расчет водопровода: простые методы

Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие именно параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сразу оговорим: этот материал ориентирован прежде всего на владельцев небольших частных домов; соответственно, такие параметры, как вероятность одновременного использования всех сантехнических приборов в здании, нам определять не нужно.

Как и любая инженерная система, водопровод нуждается в расчете.

Что рассчитывается

Гидравлический расчет внутреннего водопровода сводится к определению следующих параметров:

  1. Расчетного расхода воды на отдельных участках водопровода.
  2. Скорости потока воды в трубах.

Подсказка: для внутренних водопроводов нормой считаются скорости от 0,7 до 1,5 м/с. Для пожарного водопровода допустима скорость до 3 м/с.

  1. Оптимального диаметра водопровода, обеспечивающего приемлемое падение напора. Как вариант – может определяться потеря напора при известном диаметре каждого участка. Если с учетом потерь напор на сантехнических приборах будет меньше нормированного, локальная сеть водоснабжения нуждается в установке подкачки.

Несложный опыт наглядно демонстрирует падение напора в водопроводе.

Расход воды

Нормативы расхода воды отдельными сантехническими приборами можно обнаружить в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85, регламентирующему сооружение внутренних водопроводов и канализационных сетей. Приведем часть соответствующей таблицы.

Прибор Расход ХВС, л/с Общий расход (ХВС и ГВС), л/с
Умывальник (водоразборный кран) 0,10 0,10
Умывальник (смеситель) 0,08 0,12
Мойка (смеситель) 0,08 0,12
Ванна (смеситель) 0,17 0,25
Душевая кабинка (смеситель) 0,08 0,12
Унитаз со сливным бачком 0,10 0,10
Унитаз с краном прямой подачи воды 1,4 1,4
Кран для полива 0,3 0,3

В случае предполагаемого одновременного использования нескольких сантехнических приборов расход суммируется. Так, если одновременно с использованием туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором – будет вполне логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

При последовательном подключении приборов расход воды суммируется.

Особый случай

Для пожарных водопроводов действует норма расхода в 2,5 л/сна одну струю. При этом расчетное количество струй на один пожарный гидрант при пожаротушении вполне предсказуемо определяется типом здания и его площадью.

На фото – пожарный гидрант.

Параметры здания Количество струй при тушении пожара
Жилое здание в 12 – 16 этажей 1
То же, при длине коридора более 10 метров 2
Жилое здание в 16 – 25 этажей 2
То же, при длине коридора более 10 метров 3
Здания управления (6 – 10 этажей) 1
То же, при объеме более 25 тыс. м3 2
Здания управления (10 и более этажей, объем до 25000 м3) 2
То же, объем больше 25 тыс. м3 3
Общественные здания (до 10 этажей, объем 5 – 25 тыс. м3) 1
То же, объем больше 25 тыс. м3 2
Общественные здания (более 10 этажей, объем до 25 тыс. м3) 2
То же, объем больше 25 тыс. м3 3
Администрации предприятий (объем 5 – 25 тыс. м3) 1
То же, объем более 25000 м3 2

Скорость потока

Предположим, что наша задача – гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам нужно определить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость движения потока через трубопровод (напомним, 0,7-1,5 м/с).

Большая скорость потока вызывает появление гидравлических шумов.

Формулы

Расход воды, скорость ее потока и размер трубопровода увязываются друг с другом следующей последовательностью формул:

  • S – площадь сечения трубы в квадратных метрах;
  • π – число “пи”, принимаемой равным 3,1415;
  • r – радиус внутреннего сечения в метрах.

Полезно: для стальных и чугунных труб радиус обычно принимается равным половине их ДУ (условного прохода).
У большинства пластиковых труб внутренний диаметр на шаг меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний приблизительно равен 32 мм.

Условный проход примерно соответствует внутреннему диаметру стальной трубы.

  • Q – расход воды (м3);
  • V – скорость водяного потока (м/с) ;
  • S – площадь сечения в квадратных метрах.

Пример

Давайте выполним гидравлический расчет пожарного водопровода для одной струи с расходом 2,5 л/с.

Как мы уже выяснили, в этом случае скорость водяного потока ограничена м/с.

  1. Пересчитываем расход в единицы СИ: 2,5 л/с = 0,0025 м3/с.
  2. Вычисляем по второй формуле минимальную площадь сечения. При скорости в 3 м/с она равна 0,0025/3=0,00083 м3.
  3. Рассчитываем радиус внутреннего сечения трубы: r^2 = 0,00083/3,1415 = 0,000264; r = 0,016 м.
  4. Внутренний диаметр трубопровода, таким образом, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, или 32 миллиметра. Это соответствует параметрам стальной трубы ДУ32.

Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в большую сторону.
Цена труб с диаметром, отличающимся на шаг, различается не слишком сильно; между тем уменьшение диаметра на 20% влечет за собой почти полуторакратное падение пропускной способности водопровода.

Пропускная способность первой и третьей труб различается вчетверо.

Простой расчет диаметра

Для быстрого расчета может использоваться следующая таблица, непосредственно увязывающая расход через трубопровод с его размером.

Расход, л/с Минимальный ДУ трубопровода, мм
0,2 10
0,6 15
1,2 20
2,4 25
4 32
6 40
10 50

Потеря напора

Формулы

Инструкция по расчету потери напора на участке известной длины довольно проста, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при желании их можно найти в справочниках.

Формула имеет вид H = iL(1+K).

  • H – искомое значение потери напора в метрах.

Справка: избыточное давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) при атмосферном давлении соответствует водяному столбу в 10 метров.
Для компенсации падения напора в 10 метров, таким образом, давление на входе в водораспределительную сеть нужно поднять на 1 кгс/см2.

  • i – гидравлический уклон трубопровода.
  • L – его длина в метрах.
  • K – коэффициент, зависящий от назначения сети.

Формула сильно упрощена. На практике изгибы трубопровода и запорная арматура тоже вызывают падение напора.

Некоторые элементы формулы явно требуют комментариев.

Проще всего с коэффициентом К. Его значения заложены в уже упоминавшийся нами СНиП за номером 2.04.01-85:

Назначение водопровода Значение коэффициента
Хозяйственно-питьевой 0,3
Производственный, хозяйственно-противопожарный 0,2
Производственно-противопожарный 0,15
Противопожарный 0,1

А вот с понятием гидравлического уклона куда сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает движению воды.

Гидравлический уклон зависит от трех параметров:

  1. Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  2. Диаметра трубы. Здесь зависимость обратная: уменьшение сечения приводит к росту гидравлического сопротивления.
  3. Шероховатости стенок. Она, в свою очередь, зависит от материала трубы (сталь обладает менее гладкой поверхностью по сравнению с полипропиленом или ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (ржавчина и известковые отложения увеличивают шероховатость).

К счастью, проблему определения гидравлического уклона полностью решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для разных материалов, диаметров и скоростей потока; кроме того, таблица содержит коэффициенты поправок для старых труб.

Уточним: поправки на возраст не требуются всем типам полимерных трубопроводов.
Металлопластик, полипропилен, обычный и сшитый полиэтилен не меняют структуру поверхности весь период эксплуатации.

Размер таблиц Шевелева делает невозможной их публикацию целиком; однако для ознакомления мы приведем небольшую выдержку из них.

Вот справочные данные для пластиковой трубы диаметром 16 мм.

Расход в литрах в секунду Скорость в метрах в секунду 1000i (гидравлический уклон для протяженности в 1000 метров)
0,08 0,71 84
0,09 0,8 103,5
0,1 0,88 124,7
0,13 1,15 198,7
0,14 1,24 226,6
0,15 1,33 256,1
0,16 1,41 287,2
0,17 1,50 319,8

При расчете падения напора нужно учитывать, что большая часть сантехнических приборов для нормальной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для нормальной работы избыточного давления, равного как минимум 0,3 кгс/см (3 метра напора).

Датчик не даст проточному нагревателю включиться при давлении воды ниже 0,3 кгс/см2.

Однако: на практике лучше закладывать в расчет несколько большее избыточное давление – 0,5 кгс/см2.
Запас нужен для компенсации неучтенных потерь на подводках к приборам и их собственного гидравлического сопротивления.

Примеры

Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

Предположим, что нам нужно вычислить потерю напора в домашнем пластиковом водопроводе диаметром 15 мм при его длине в 28 метров и максимально допустимой скорости потока воды, равной 1,5 м/с.

Трубы этого размера чаще всего используются для разводки воды в пределах квартиры или небольшого коттеджа.

  1. Гидравлический уклон для длины в 1000 метров будет равным 319,8. Поскольку в формуле расчета падения напора используется i, а не 1000i, это значение следует разделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  2. Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  3. Формула в целом приобретет вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

Таким образом, избыточное давление в 0,5 атмосферы на концевом сантехническом приборе мы будем иметь при давлении в магистральном водопроводе в 0,5+1,164=1,6 кгс/см2. Условие вполне выполнимо: давление в магистрали обычно не ниже 2,5 – 3 атмосфер.

К слову: испытания водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3.
Акт гидравлических испытаний водопровода должен включать отметки как об их продолжительности, так и об испытательном давлении.

Образец акта гидравлических испытаний.

А теперь давайте выполним обратный расчет: определим минимальный диаметр пластикового трубопровода, обеспечивающего приемлемое давление на концевом смесителе для следующих условий:

  • Давление в трассе составляет 2,5 атмосферы.
  • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
  • Переходы диаметра отсутствуют: весь внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
  • Пиковый расход воды составляет 0,2 литра в секунду.
  1. Допустимая потеря давления составляет 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  2. Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  3. Формула, таким образом, будет иметь вид 20=iх144х(1+0,3). Несложный расчет даст значение i в 0,106. 1000i, соответственно, будет равным 106.
  4. Следующий этап – поиск в таблице Шевелева диаметра, соответствующего 1000i = 106 при искомом расходе. Ближайшее значение – 108,1 – соответствует диаметру полимерной трубы в 20 мм.

Зависимость между внутренним и наружным диаметром полипропиленового трубопровода.

Заключение

Надеемся, что не переутомили уважаемого читателя избытком цифр и формул. Как уже упоминалось, нами приведены предельно простые схемы расчетов; профессионалы вынуждены использовать куда более сложные решения. Как обычно, дополнительная тематическая информация найдется в видео в этой статье. Успехов!

Гидравлический расчет сети

Гидравлический расчет сети заключается в определении по установленным расчетным расходам наиболее выгодных диаметров труб и соответствующих потерь напора для каждого участка сети.

Экономический расчет магистральной сети города имеет важное значение, так как водопроводная сеть – самый дорогой элемент водопровода. Для расчета сети требуется прежде всего установить расчетные расходы воды по участкам сети. Если число водоразборных точек невелико и в каждой точке сосредоточен определенный по величине расход воды, то в расчетной схеме водоотдачи могут быть учтены все сосредоточенные расходы.

В большинстве случаев отбор воды из сети производится во многих точках и получается большое количество расчетных участков, а расчет сети получается весьма трудоемким, поэтому в городских водопроводных сетях принимают схему равномерно распределенного отбора воды на хозяйственно-питьевые нужды населения.

Расход воды крупных потребителей (промышленные предприятия, железнодорожные вокзалы, пристани, банно-прачечные комбинаты и т.д.) выделяются в сосредоточенные расходы в определенных узловых точках у места их расположения.

Расход, приходящийся на 1 м длины сети (в л/с), называется удельным

где qmax максимальный расчетный секундный расход, л/с; qсоср – сосредоточенные расходы крупных потребителей, л/с; L – общая длина сети (в длину сети не включаются участки, проходящие по незастроенной территории), м.

При принятой методике расчета считают, что расход воды на каждом участке магистральной сети пропорционален его длине. Расход воды на каждом участке называют путевым расходом и определяют по формуле q = ql л/с, где I – длина участка сети, м.

Тогда путевой расход для участка 1–2 (см. рис. 8.10, а) будет равен qпут = 0,05 • 100 = 5 л/с.

Каждый промежуточный участок сети, кроме путевого расхода, несет транзитный расход Qт, идущий на питание последующих участков, т.е. расход на участке равен Qр = = Qг + αQпут

Для участка 1–2 получим Qр 1-2 = 23 + α • 5.

С достаточной степенью точности мы получим те же расчетные расходы, если разобьем путевой расход пополам и приложим его в начальной и конечной точках рассматриваемого участка:

По принятой методике расчета путевые расходы воды переводятся на расходы, сосредоточенные в узловых точках сети. Узловой расход каждого узла сети равен полусумме путевых расходов участков, примыкающих к данному узлу:

Для определения диаметров труб участков сети применяют известную формулу гидравлики трубопроводов, связывающую площадь живого сечения трубы ω (в м2), с расходом q (в м3/с), и со скоростью движения воды v (в м/с):

Из этой формулы очевидно, что диаметр трубы зависит не только от расхода, но и от скорости движения воды. Если принять малую величину расчетной скорости, то трубопровод получится относительно большого диаметра, а следовательно, будет иметь более высокую стоимость. Наоборот, чем больше будет скорость движения воды, тем меньше будут диаметр трубопровода и его строительная стоимость. Однако увеличение скорости движения воды вызывает резкое увеличение потерь напора в трубах и, следовательно, увеличение затрат электроэнергии на подачу воды к потребителям, т.е. стоимости эксплуатации водопровода. Кроме того, скорость движения воды по водопроводным трубам имеет и технические пределы. При скорости 2 м/с и больше в трубопроводах могут возникать гидравлические удары, опасные для прочности труб и стыковых соединений.

При выборе диаметров труб руководствуются так называемой экономической скоростью движения воды. Величина этой скорости зависит от целого ряда условий: стоимости энергии, стоимости труб и их укладки, расчетного срока службы и материала труб.

Потери напора на трение в трубах определяют по формуле

где q – расход, м3/с; l – длина трубопровода, м; d – диаметр труб, м; k – коэффициент потери напора.

В практике расчета сети для определения потерь в трубопроводах в большинстве случаев пользуются формулой h = il, где l – длина трубопровода, км, i – потери напора на 1000 м принимают по таблицам Ф. А. Шевелева, м.

Гидравлический расчет разветвленной сети производят в следующей последовательности. В первую очередь рассчитывают главную магистраль 1–2–3–4–5, соединяющую начальную точку сети с наиболее удаленной и возвышенной из конечных ее точек. Затем рассчитывают ответвления 2–10–11; 2–9; 3–6–7; 6–8 (см. рис. 8.10, а).

Расчет сети может быть произведен, когда заданы требуемые напоры во всех узлах и необходимо определить требуемый напор в начальной точке; заданы напоры в начальной и в узловых точках и требуется определить диаметры труб для пропуска воды при располагаемом напоре.

При расчете кольцевой сети в общем случае неизвестными являются как диаметры участков, так и расходы на участках. Следовательно, каждый участок сети дает две неизвестных – диаметр и расход, а общее число неизвестных равно удвоенному числу участков.

Для нахождения этих неизвестных необходимо составить надлежащее число уровней. Рассмотрение законов движения жидкости по замкнутому контуру позволяет составить некоторое число уровней для их нахождения.

1. Сумма расходов, приходящих в узел, равна сумме расходов, уходящих из этого узла, плюс узловой расход.

Если обозначить расходы, приходящие в узел, знаком “+”, а уходящие (включая узловой расход) – знаком “-“, то алгебраическая сумма расходов будет равна нулю:

Σq=0.

2. В каждом замкнутом кольце сети сумма потерь на участках, где вода движется по часовой стрелке (обозначим условно-положительными), равна сумме потерь напора на участках, на которых вода движется против часовой стрелки (обозначим – отрицательными), т.е. алгебраическая сумма потерь в кольце равна нулю: Σh = 0 или ΣSq2 = 0, где S – сопротивление участка S = Аl; А – удельное сопротивление трубы (принимается по таблице Ф. А. Шевелева).

Однако решение системы квадратных уравнений для сети с большим количеством колец весьма сложная задача, поэтому гидравлический расчет сети производят различными приближенными способами, причем все они сводятся к методу последовательного приближения.

Рассмотрим два метода увязки сети – метод В. Г. Лобачева и метод Μ. М. Андриашева.

В. Г. Лобачев разработал теорию расчета кольцевых сетей и предложил метод увязки, основанный на итеративном способе решения системы квадратных уравнений.

Возьмем одно кольцо I, состоящее из соединенных расчетных точек (колодцев) 3–4–5–в (см. рис. 8.10, а), с намеченным распределением расходов воды q, но которым определены диаметры труб d; длина участков известна.

Предположим, что при первом предварительном распределении расходов не удалось достигнуть условия Σh = 0 и мы получили Σh = Δh или

Величина отброшена как относительно малая по сравнению с членами, содержащими q и .

Числитель есть :, а знаменатель является удвоенной суммой произведений расходов каждого участка на его сопротивление, т.е. Δq = Δh2Σq.

Если сеть состоит из нескольких колец, то задача сводится к решению системы стольких уравнений, сколько колец в сети.

При увязке сети по этому методу каждое кольцо рассматривается вне их взаимной связи и поправочный расход вводится в каждое кольцо отдельно. Μ. М. Андрияшев предлагает поправочный расход проводить но замкнутому контуру, охватывающему несколько колец. Величина и направление поправочного расхода определяются на основании анализа невязок, полученных в отдельных кольцах. Путь поправочного расхода выбирают так, чтобы он был направлен против направления потока в перегруженных участках и совпал с потоком в недогруженных.

Гидравлический расчет водопроводной сети

Основным назначением гидравлического расчета является определение наиболее экономичных диаметров трубопроводов для пропуска расчетных расходов воды, а также условий, обеспечивающих подачу воды ко всем потребителям в необходимом количестве и с наименьшими потерями напора.

Гидравлический расчет сети и насосов без регулирующих емкостей надлежит производить по максимальному секундному расходу.

До начала расчета на аксонометрической схеме сети выбирают расчетное направление от ввода до диктующего водоразборного устройства и определяют длины расчетных участков между узловыми точками. Диктующим называется прибор наиболее высоко расположенный и удаленный от ввода с максимальным рабочим напором.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Определение числа потребителей (чел)

где: – полезная жилая площадь (м 2 );

– норма площади на одного человека (12 м 2 /чел.)

2. Определение максимального суточного расхода воды (м 3 /сут.)

где: – норма максимального потребления воды на одного жителя, л/сут. (прил. 2);

– число потребителей

Ксут – коэффициент суточной неравномерности, для жилых зданий равный 1,1 – 1,3.

3. Вычисление вероятности действия водоразборных устройств

где: – норма расхода воды одним потребителем, л/ч (в данном проекте централизованное горячее водоснабжение), (прил. 2);

N – число водоразборных устройств в здании;

– нормативный секундный расход холодной воды диктующего прибора, л/с (прил. 3);

– число потребителей, чел.

4. Определение максимального секундного расхода воды по всем

расчетным участкам (л/с)

где: – нормативный расход воды диктующего прибора, л/с

– величина, определяемая в зависимости от общего числа водоразборных устройств на расчетном участке сети N и вероятности их действия Р.

принимается по прил. 4.

5. Определение диаметров труб на расчетном участке

Диаметр труб определяют по расчетному расходу воды, проходящему по данному участку и наиболее экономичной скорости

где: – максимальный расход воды на участке, л/с;

– экономически наивыгодная скорость движения воды (в магистральных трубопроводах и стояках рекомендуется принимать не более 1,5 – 2 м/с).

По прил. 6 производится подбор диаметров труб, гидравлических уклонов трубопроводов (удельных потерь напора на трение) и скоростей.

6. Определение среднечасового расхода воды (м 3 /ч)

7. Определение вероятности действия водоразборных устройств

в час наибольшего водопотребления

где: – максимальный нормативный часовой расход воды доразборным устройством, л/ч (прил. 3);

8. Определение максимального часового расхода воды (м 3 /ч)

где: – величина, определяемая в зависимости от общего числа водоразборных устройств N и вероятности их действия в час наибольшего водопотребления

принимается по прил. 4.

9. Подбор счетчика воды.

При подборе счетчика воды учитывают его гидрометрические характеристики (предел чувствительности, область учета, характерный предельно максимальный расход), а также допустимые потери напора и условия установки (прил. 5). Диаметр условного прохода (калибр) водосчетчика выбирают по среднечасовому расходу, который не должен превышать эксплуатационный расход счетчика

Скоростной счетчик работает нормально при пропуске расхода, составляющего около 40-50% его максимальной предельной пропускной способности (характерного расхода). Характерным считается предельный часовой расход, при котором потери напора в счетчике составляют 10м.

Минимальный расчетный расход воды, составляющий примерно 6-8% среднечасового или 10-15% максимального расчетного расхода, не должен быть меньше порога чувствительности счетчика или близок к минимальному допустимому расходу

Для удлинения срока службы счетчика средний часовой расход воды, пропускаемой через него, не должен превышать 4% наибольшего суточного водопотребления

Потери напора в счетчике, м, определяются по формуле

где: S – гидравлическое сопротивление счетчика, м/(л с) 2 ;

– расчетный (максимальный секундный) расход воды, л/с.

При учете расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды потери напора в крыльчатых счетчиках не должны превышать 2,5м, а в турбинных – 1м.

Если потери напора в счетчике оказались меньше 20% , то следует принять другой счетчик (меньшего калибра), чтобы он мог учитывать малые расходы воды.

10. Определение потерь напора.

Потери напора на трение по длине каждого расчетного участка

где: – потери напора на единицу длины (прил. 6);

– длина расчетного участка трубопровода, м.

Местные потери напора (в соединениях и фасонных частях труб) находят в процентах от потерь напора на трение по длине, м

Суммарные потери напора, м, по расчетному направлению определяются:

где: – потери напора на трение во вводе (от наружной сети до водомерного узла, м;

– потери напора на трение по расчетному направлению от водомерного узла до диктующего водоразборного устройства, м;

– потери напора в счетчике воды, м;

– потери напора на преодоление местных сопротивлений м.

11. Определение общего напора, требуемого для внутреннего во-

где: – геометрическая высота, м, подачи воды от отметки гарантированного напора в наружной сети водопровода до отметки расположения диктующего водоразборного устройства;

Гарантированный напор в наружной сети может быть задан от отметки оси трубы ввода в месте его присоединения к наружной сети или от отметки земли у этого места (так называемой отметки гарантированного напора).

Геометрическую высоту подачи , м, определяют по формуле:

где: – превышение отметки пола 1-го этажа над поверхностью земли (планировочная высота);

– число этажей в здании;

– высота этажа здания;

– высота расположения диктующего водоразборного устройства над полом (0,7 – 0,8м);

– потери напора, м, во внутренней сети, вводе и водомерном узле;

– рабочий напор, м, у диктующего водоразборного устройства (прил. 3).

12. Сравнение гарантированного напора с требуемым.

Если то необходимо предусмотреть установку повысительных насосов или на отдельных участках можно увеличить диаметры, что приведет к уменьшению .

Если то установка насосов не предусматривается.

13. Подбор повысительных насосов.

Подбор насоса производится по недостающему напору и расчетному расходу воды л/с.

где: – требуемый напор, м;

– гарантированный напор.

Данные для подбора насосов в системах водоснабжения и канализации зданий в прил. 7.

Гидравлический расчет водопроводной сети: цели, варианты и порядок проведения вычислений

Гидравлический расчет водопровода – серия расчетов, выполняемых на этапе проектирования здания (многоэтажного дома, коттеджа). Роль этого вида работ очень важна – неправильно спроектированная система водоснабжения не будет нормально работать. Это может выражаться в слабом напоре воды на верхних этажах многоэтажных домов и частых перебоях в коммуникациях в подвале из-за высокого напора на входе.

  1. Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей
  2. Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей
  3. Проектный
  4. Поверочный
  5. Порядок проведения гидравлического расчета
  6. Пример расчета холодного водоснабжения

Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей

Основными задачами гидравлического расчета системы водоснабжения здания являются:

  • расчет максимального расхода воды на отдельных участках водопровода;
  • определение скорости движения воды в трубах;
  • расчет внутреннего диаметра труб для устройства различных участков водопроводной сети;
  • расчет потери напора воды при ее подаче из магистрального трубопровода на определенной высоте;
  • определение мощности насосного оборудования и целесообразности его использования с учетом произведенных расчетов.

Расчеты производятся на основании данных и методик СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

В зависимости от поставленных задач различают два типа гидравлического расчета водопроводных сетей: проектный и калибровочный (пусконаладочные).

Проектный

Этот вид гидравлического расчета выполняется при проектировании системы водоснабжения здания. С его помощью определяется тип трубопроводов для разных участков сети, протяженность в них.

В этот вид расчета помимо расчетов входит схематическое расположение элементов внутреннего водопровода: входного узла, подвальных коммуникаций, стояков, узлов водозабора.

Поверочный

Основные задачи этого вида гидравлического расчета – определение распределения потоков в системе водоснабжения, расчет давления источников с заранее рассчитанными внутренними диаметрами труб и водозаборов в узловых точках.

Результатами поверочного расчета являются:

  • расход воды и перепады давления на всех участках водопровода;
  • объем подачи воды из источника (магистральный водопровод, водонапорная башня или счетчик);
  • пьезометрические головки в различных точках отбора проб.

Все значения, полученные в результате этого расчета, используются для расчета положения точек подключения – водопроводных систем – внутри проектируемого здания.

Точный и достаточно быстрый расчет ввода в эксплуатацию сетей водоснабжения различной конфигурации (от простого тупикового водопровода до более сложной кольцевой системы) можно выполнить с помощью программ: «Гидромодель», «Умная вода», «Водоснабжение. »,« Гидравлический расчет трубопровода».

Порядок проведения гидравлического расчета

Гидравлический расчет водопровода включает следующие этапы:

  • Определение количества точек водозабора: для этого согласно типовому плану строительства определяется количество раковин, ванн и унитазов в здании.
  • Составление схематического изображения (аксонометрической схемы) внутренней водопроводной сети – вручную или с помощью специального программного обеспечения составляется схема расположения водопроводных труб и подключенных к ним водопроводных систем. При этом для удобства дальнейшей работы каждый трубопровод горячего и холодного водоснабжения обозначен разными цветами (красным и синим соответственно).
  • Разделите водопроводную сеть на отдельные расчетные горизонтальные и вертикальные участки, состоящие из труб и кранов. Границами каждой секции являются арматура и водопровод.
  • Расчет вероятности одновременного возгорания всех водоводов расчетного участка (П) – расчет значения этой величины осуществляется по следующей формуле:

P = Q макс. Вход × U / Qapp. × N × 3600;

где Q max.water – расход воды в часы максимального водопотребления, л / час на 1 жителя;

U – количество жителей, обеспеченных водой для коммуникаций и водоотведения поселковой территории, человек;

Qapp. – стандартный расход через средний водоотвод 0,18 л / с;

N – количество узлов водозабора (водопроводных сетей), входящих в расчетную площадь, шт;

3600 – коэффициент, используемый для перевода литров в час в литры в секунду.

  • Определение второго предельного расхода воды водопроводными и водозаборными установками участка рассчитывается по формуле:

Q макс. Расход в = 5 × Q дюйм приб × а; л / с

где Q c.prib – суммарный нормативный расход через узлы водозабора площадки;

а – безразмерная величина. Его значение находится по специальным таблицам СНиП 2.04.01-85.

  • Выбор оптимального внутреннего диаметра трубопровода – выбирается с учетом рекомендаций по применению и экономической целесообразности использования в данных условиях.
  • Расчет скорости воды – рассчитывается по специальным методическим указаниям, исходя из внутреннего диаметра выбранного трубопровода.
  • Расчет потерь напора (Нl) по формуле:

Hl = L × i × (1 + Kl); м водяного столба,

где L – расчетная длина участка, м;

i – удельные потери давления при трении воды о внутренние стенки трубопровода, эта величина измеряется в миллиметрах водяного столба / метр трубопровода;

Kl – поправочный коэффициент; при проектировании многоквартирных домов и жилых коттеджей его значение составляет 0,3.

  • Для зданий с 2 ​​и более этажами гидравлический расчет необходимого давления (Hтр) водопровода в месте его подключения к внешнему магистральному трубопроводу проводится по следующей формуле:

где n – этажность;

4 – напор, необходимый для подъема воды на каждый этаж выше первого, м.

  • Эффективный напор, необходимый в точке нагнетания (Nf), находится путем сложения рассчитанного напора на входе (Htr) с потерями напора в расчетных участках (Hl):

Нф = Htr + Расчет Нl Блок 1 + Расчет Нl Блок 2 + Расчет Нl Блок 3 + Расчет Нl Блок 4 + Расчет Нl Блок n

Результаты этого расчета заносятся в сводную таблицу.

Напор в 10 метров воды равен давлению в водопроводной сети, равному 1 атмосфере (1 Бар).

Пример расчета холодного водоснабжения

Здание представляет собой 2-х этажное здание с цокольным этажом, перепад высот от цоколя до верха -6м, 5 точек водоснабжения (кухонная мойка, смеситель для ванны и умывальника, унитаз, – на первом этаже; туалет и душевая кабина смеситель. – на втором этаже). В доме живет семья из 6 человек.

  • Проектируемая внутренняя водопроводная сеть разделена на 2 расчетные зоны – первый и второй этажи. Длина коммуникаций первой секции 5 м, вертикальный подъем и горизонтальные коммуникации второй секции 5,5 м.
  • По табличным данным СНиП рассчитывается вероятность одновременного включения всех водогибочных узлов для первого и второго расчетных участков:

P1 = 15,6 × 6 / (0,1 + 0,18 + 1,4) × 3600 = 0,015;

P2 = 15,6 × 6 / (1,4 + 0,18) × 3600 = 0,016.

  • Максимальный расход этих секций с учетом соответствующих значений коэффициента а, найденных в таблицах, будет равен:

Q max расход воды1 = 5 × Q в.приб × a = 5 × 0,18 × 0,265 = 0,24 л / с;

Qмакс расход воды2 = 5 × Qw.прил. × a = 5 × 0,18 × 0,241 = 0,22 л / с

  • С учетом полученных значений расхода воды внутренний водопровод спроектирован из простой полипропиленовой трубы диаметром 25 мм (горизонтальные ответвления от стояка) и 32 мм (вертикальный стояк).
  • На основании рассчитанных значений длины первой и второй секции, значений коэффициента i и Kl (для этих условий соответственно 0,083 и 0,3) рассчитываются потери давления в первой и второй секции будет равно:

Нl площадь 1 = L1 × i × (1 + Kl) = 5 × 0,083 × 1,3 = 0,54 м. Столб вода;

Нl площадь 2 = L1 × i × (1 + Kl) = 5,5 × 0,083 × 1,3 = 0,59 м. Столб вода.

Суммарный перепад давления в двух расчетных областях будет равен 1,14 столба воды или 0,114 атмосферы.

  • Необходимый напор на входе в такое здание будет:

Htr = 10 + (2-1) × 4 = 14 метров водяного столба или 1,4 атмосферы

  • Фактический голова, необходимая для входа в этот коттедж, будет:

Нф = Нтр + Расчет Нl Блок 1 + Расчет Нl Блок 2 = 14 + 1,14 = 15,14 метра водяного столба или 1,5 атмосферы

Благодаря выполненному расчету собственник дома еще на стадии проектирования с учетом напора магистрального водопровода своего поселения может спланировать определенную схему внутреннего водопровода.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: