ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНОГО ОБЪЕДИНЕННОГО ВОДО-ПРОВОДА НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИ-ЯТИЯ. Холодков А.Е., 22650 (2). Гидравлический расчет наружного объединенного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия
 Скачать 1.17 Mb.
|
Определение расчетных расходов воды на пожаротушениеТак как водопровод в населенном пункте проектируется объединенным, то согласно [1], п. 2.23 при количестве жителей 19000 чел. принимаем 2 одновременных пожара (п. 2.12, табл. 5 [1]) при 4-этажной застройке с расходом воды 15 л/с на один пожар Qнас.п.пож.нар = 15 л/с. Расход воды на внутреннее пожаротушение в населенном пункте при наличии общественных зданий, согласно п.7.6, табл. 7.1 [4], принимаем: – для общественного здания 1 (Больница с общими ваннами и душами объёмом 38000 м3) класса функциональной пожарной опасности Ф1.1 расход воды составит 2,5 л/с; – для общественного здания 2 (Дошкольное образовательное учреждение с дневным пребыванием детей со столовой на полуфабрикатах, объёмом 7000 м3) класса функциональной пожарной опасности Ф1.1 расход воды составит 2,5 л/с. Принимаем значение расхода воды на внутреннее пожаротушение для здания, требующего наибольшего расхода воды: Qоб.зд.пож.вн = 2,5 л/с. Расход воды на наружное пожаротушение общественных зданий согласно п.7.6, табл. 7.1 [4], принимаем: – для общественного здания 1 (Прачечная, механизированная объемом 5700 м3) класса функциональной пожарной опасности Ф3.5 расход воды составит 15 л/с; – для общественного здания 2 (Баня с мытьем в мыльной и ополаскиванием в душе, 6000 м3) класса функциональной пожарной опасности Ф3.5 расход воды составит 15 л/с. Принимаем значение расхода воды на наружное пожаротушение для здания, требующего наибольшего расхода воды: Qоб.зд.пож.нар = 15 л/с. Расчётное количество одновременных пожаров для объединённых водо-проводов, обслуживающих населённые пункты и промышленные предприятия, зависит от площади территории предприятия и количества жителей в населён-ном пункте (п. 5.16 [3]): при площади территории промышленного предприятия менее 150 га при числе жителей в поселении 10-25 тыс. чел. - 2 пожара (один на предприятии и один в населенном пункте). В соответствии с таблицами 3-4 [3] расчетные расходы воды (при степени огнестойкости зданий III, категории помещений и зданий по пожарной опасности – В) при ширине зданий 22 м: для здания объемом 67 тыс. м3 Qпрпож.нар.1 = 45 л/с, для здания объемом 49 тыс. м3 Qпрпож.нар.2 = 30 л/с, для здания объемом 30 тыс. м3 Qпрпож.нар.2 = 30 л/с. Таким образом, Qпрпож.нар. = Qпрпож.нар.max = 45 л/с. Согласно [1], п. 6.1, табл. 2 расчетный расход воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях предприятия принимаем из расчета 2 струи производительностью 2,5 л/с каждая, на 1 пожар, тогда: Qпрпож.вн = 2 ∙ 2,5 = 5 л/с. Суммарные расходы: Qнас.п.пож = Qнас.п.пож.нар. + Qобщ.зд.пож.вн + Qобщ.зд.пож.нар = 15 + 2,5 + 15 = 32,5 л/с. Qпрпож = Qпрпож.нар. + Qпрпож.вн = 45 + 5 = 50 л/с. Согласно п. 5.16 [3], общий расход определяем как сумму расхода воды на предприятии и расхода в населенном пункте: Qпож.рас = 0,5 Qнас.п.пож + Qпрпож = 32,5 + 50 = 82,5 л/с. Гидравлический расчет водопроводной сети населенного пунктаРассмотрим гидравлический расчет на случае водопроводной сети, показанной на рисунке 4.1. Общий расход воды в час максимального водопотребления составляет Q = 119,075 л/с, в том числе сосредоточенные расходы общественных зданий Qобщ1 = 1,536 л/с, Qобщ2 = 1,406 л/с и предприятия Qпр = 7,83 л/с.  Рисунок 4.1 – Расчетная схема водопроводной сети Определим равномерно распределяемый расход:   – Qпр – Qоб.зд = 119,075 – 7,83 – 2,943 = 108,303 л/с.Определим удельный расход воды:  108,303 / 3650 = 0,0297  .Определим путевые отборы:  Результаты приведены в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Путевые отборы
Определим узловые расходы:  7,789 л/с.Аналогично определяем расходы воды для каждого узла. Результаты приведены в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Узловые расходы
Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы. К узловому расходу в точке 7 добавляется сосредоточенный расход предприятия, а в точках 4 и 10 – сосредоточенные расходы общественных зданий. Тогда q7 = 14,506 л/с, q4 = 11,18 л/с, q10 = 20,322 л/с. Величины узловых расходов показаны на рисунке 4.2. С учетом сосредоточенных расходов qузл = 119,075 л/с.  Рисунок 4.2 – Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара). Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков (конечную точку подачи воды). В данном случае за диктующую точку примем точку 7. Предварительно наметим направления движения воды от точки 3 к точке 7 (направления показаны на рисунке 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 7 по трем направлениям: первое 3-2-1-10-9-8-7, второе 3-4-5-6-7, третье 3-4-5-10-9-8-7. Для узла 3 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 3-4, 2-3 и узлового расхода q3 должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношение q3 + q2-3 + q3-4 = Qнас.п.пр. Величины q3 и Qнас.п.пр известны, а q2-3 и q1-2 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q2-3 = 50 л/с. Тогда q3-4 = Qнас.п.пр. – (q3 + q2-3) = 54,405 л/с. Расход воды по участку сети можно определить по первому закону Кирхгофа: q1-2 = q2-3 – q2, q1-2 = 42,211 л/с. q10-1 = q1-2 – q1, q10-1 = 34,051 л/с. Для точки 10 должно соблюдаться следующее соотношение: q10-1 = q10 – q10-5 + q9-10 Значение q10-1 = 45,19 л/c и q10 = 17,978 л/c известны, а q10-5 и q9-10 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q10-5 = 10 л/c. Тогда q9-10 = q10-1 – q10 + q10-5 = 24,385 л/с. Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений: q4-5 = q3-4 – q4, q5-6 = -q10-5 + q4-5 – q5, q6-7 = q5-6 – q6, q8-9 = q9-10 – q9, q7-8 = q8-9 – q8. В результате получится: q4-5 = 44,553 л/с, q5-6 = 14,524 л/с, q6-7 = 5,623 л/с, q8-9 = 14 л/с, q7-8 = 5,098 л/с. Проверка выполняется: q7 = q6-7 + q7-8 = 10,721 л/с. Начинаем предварительно распределять расходы воды от диктующей точки. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами в обычное время показано на рисунке 4.3.  Рисунок 4.3 – Расчётная схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при хозяйственно-производственном водопотреблении При пожаре водопроводная сеть должна обеспечивать подачу воды на пожаротушение при максимальном часовом расходе воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды за исключением расходов воды на душ, поливку территории и т.п. промышленного предприятия (п.4.21 [1]), если эти расходы вошли в расход в час максимального водопотребления. Для водопроводной сети, показанной на рисунке 4.3, расход воды для пожаротушения следует добавить к узловому расходу в точке 7, где осуществляется отбор воды на промышленное предприятие и которая является наиболее удаленной от места ввода (от точки 3). Из таблицы водопотребления видно, что без учета расхода воды на душ час максимального водопотребления при пожаре будет с 12 до 13 часов:  428,671∙ 1000 / 3600 = 119,075 л/с.По предприятию расчетный расход Qпр = (6,563+8) ∙ 1000 / 3600 = 7,83 л/с. Расчетный расход общественных зданий (об.зд.). Qоб.зд = ((1,406+2,7) ∙ 1000) / 3600 = 2,943 л/с, в том числе: – расход общественного здания 1: Qобщ1 = (1,406 ∙ 1000) / 3600 = 1,536 л/с, – расход общественного здания 2: Qобщ2 = (2,7 ∙ 1000) / 3600 = 1,406 л/с. Населенный пункт расходует – Qпр – Qоб.зд = 119,075 – 7,83 – 2,943 = 108,303 л/с.При этом расход воды Q’нас.п.пр = 119,075 л/с, в том числе сосредоточенный расход предприятия равен Q’пр = 7,83 л/с, а расходы общественных зданий в сумме Q’об.зд = 2,943 л/с. Поэтому при гидравлическом расчете сети при пожаре:  = 119,075 + 82,5 = 200,806 л/с.Т.к.  , то узловые расходы при пожаре будут другие, не как в час максимального водопотребления без пожара. При этом следует учитывать, что сосредоточенными расходами будут:Q’пр = 7,83 л/с, Q’об.зд = 2,943 л/с,  82,5 л/с.Равномерно распределенный расход будет равен:  = 200,806 – (7,83 + 2,943 + 82,5) = 108,303 л/с. Определим узловые расходы: 0,5 (7,418 + 8,160) = 7,789 л/с.Аналогично определяем расходы воды для каждого узла. Результаты приведены в таблице 4.2.1. Таблица 4.1.1 – Путевые отборы
Таблица 4.2.1 – Узловые расходы
Добавим к узловым расходам сосредоточенные расходы при пожаре на предприятии (рисунок 4.4). К узловому расходу в точке 7 добавляется сосредоточенный расход на пожаротушение и сосредоточенный расход предприятия, а в точках 4 и 10 – сосредоточенные расходы общественных зданий. Тогда q7 = 100,773 л/с, q4 = 9,851 л/с, q10 = 19,666 л/с. Величины узловых расходов показаны на рис. 4.4. С учетом сосредоточенных расходов qузл= 200,806 л/с.  Рисунок 4.4 – Расчетная схема водопроводной сети с узловыми расходами при пожаре Выполним предварительное распределение расходов воды по участкам сети. Сделаем это сначала для водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении (без пожара). Выберем диктующую точку, т.е. точку встречи двух потоков (конечную точку подачи воды). В данном случае за диктующую точку примем точку 7. Предварительно наметим направления движения воды от точки 3 к точке 7 (направления показаны на рисунке 4.2). Потоки воды могут подойти к точке 7 по трем направлениям: первое 3-2-1-10-9-8-7, второе 3-4-5-6-7, третье 3-4-5-10-9-8-7. Для узла 3 должно выполняться следующее условие: сумма расходов на участках 3-4, 2-3 и узлового расхода q3 должно быть равно общему расходу воды, поступающему в сеть. То есть соотношение q3 + q2-3 + q3-4 = Qнас.п.пр. Величины q3 и Qнас.п.пр известны, а q2-3 и q1-2 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин. Возьмем, например, q2-3 = 100 л/с. Тогда q3-4 = Qнас.п.пр. – (q3 + q2-3) = 91,905 л/с. Расход воды по участку сети можно определить по первому закону Кирхгофа: q1-2 = q2-3 – q2, q1-2 = 100 – 7,789 = 92,211 л/с. q10-1 = q1-2 – q1, q10-1 = 92,211 – 8,16 = 84,051 л/с. Для точки 10 должно соблюдаться следующее соотношение: q10-1 = q10 – q10-5 + q9-10 Значение q10-1 = q10 известны, а q10-5 и q9-10 неизвестны. Задаемся произвольно одной из этих величин и принимаем, например, q10-5 = 15 л/c. Тогда q9-10 = q10-1 – q10 + q10-5 = 79,385 л/с. Расходы воды по другим участкам сети можно определить из следующих соотношений: q4-5 = q3-4 – q4, q5-6 = -q10-5 + q4-5 – q5, q6-7 = q5-6 – q6, q8-9 = q9-10 – q9, q7-8 = q8-9 – q8. В результате получится: q4-5 = 82,056 л/с, q5-6 = 47,024 л/с, q6-7 = 38,122 л/с, q8-9 = 69,0 л/с, q7-8 = 60,099 л/с. Проверка выполняется: q7 = q6-7 + q7-8 = 98,221 л/с. Начинаем предварительно распределять расходы воды от диктующей точке. Расходы воды будут уточняться в дальнейшем при выполнении увязки водопроводной сети. Схема водопроводной сети с предварительно распределенными расходами при пожаре показано на рисунке 4.5.  Рисунок 4.5 – Расчётная схема водопроводной сети с распределенными расходами при пожаре Определим диаметры труб участков сети. Т.к. трубы стальные с внутренним цементно-песчаным покрытием нанесенным методом центрифугирования, то экономический фактор составит по таблице 4.1 [7] Э = 1,0. По экономическому фактору и предварительно распределённым расходам воды по участкам сети при пожаре по приложению 5 [7] определяются условные проходы труб участков водопроводной сети d2-3 = 0,35 м; d3-4 = 0,35 м; d4-5 = 0,35 м; d10-5 = 0,175 м; d1-2 = 0,35 м; d10-1 = 0,3 м; d5-6 = 0,25 м; d6-7 = 0,25 м; d7-8 = 0,25 м; d8-9 = 0,3 м; d9-10 = 0,3 м. Соответствующие расчётные внутренние диаметры определяются по [7] (приложение 5): d2-3 = 0,363 м; d3-4 = 0,363 м; d4-5 = 0,363 м; d10-5 = 0,17 м; d1-2 = 0,363 м; d10-1 = 0,311 м; d5-6 = 0,26 м; d6-7 = 0,26 м; d7-8 = 0,26 м; d8-9 = 0,311 м; d9-10 = 0,311 м. Увязка водопроводной сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении.  – для узлов (первый закон Кирхгофа), – для колец (второй закон Кирхгофа).Здесь n - количество участков в кольце; m - количество расходов, подходящих к узлу и отходящих от него. Первое соотношение (для узлов) для найденных расходов воды должно соблюдаться, т.к. оно использовалась при предварительном распределении рас- ходов по участкам. Выполнение второго соотношения (для колец) добиваются увязкой водопроводной сети методом Лобачева-Кросса. Для кольца I на рисунке 4.3 можно записать:  ;-h2-3 + h3-4 + h4-5 – h10-5 – h10-1 – h1-2 = ∆hI. Для кольца II на рисунке 4.3 можно записать:  ;h10-5 + h5-6 + h6-7 – h7-8 – h8-9 – h9-10 = ∆hII. Увязка сети (введение поправочного расхода) продолжается до тех пор, пока не будет выполняться соотношение: ∆h < [∆h], где [∆h] – допустимая величина невязки. Можно принять [∆h] = 1м. Если сеть состоит из нескольких колец, то необходимо добиваться выполнения указанного соотношения для каждого кольца. Т. е. вязка сети продолжается до тех пор, пока величина невязки в каждом кольце не будет менее 1 м. Потери напора h на участке следует определять по формулам:   где значения коэффициента К и показателей степени n и p следует принимать согласно таблице В.1 [1] или (приложение 6 методических указаний [7]). В нашем случае трубы стальные с внутренним цементно-песчаным покрытием нанесенным методом центрифугирования, тогда K = 1,486; p = 4,89; n = 1,850. Увязку удобно выполнять в виде таблицы (таблицы 4.3-4.4). Поправочный расход ∆q для кольца можно определить по формуле [7]:  где hi– потери напора на участке; qi– расход воды по участку; n – количество участков в кольце. Для каждого кольца получается своя величина поправочного расхода. Если участок сети является общим для двух колец, то поправочный расход на таком участке определяется как сумма поправочных расходов (с учетом их знаков) для каждого кольца. Следует иметь в виду, что для участка 9-4 (рисунок 4.3), который является общим для обоих колец, вводится две поправки - из первого кольца и из второго. Знак поправочного расхода при переносе из одного кольца в другое следует сохранять. Схема водопроводной сети с окончательно распределительными расходами при пожаре показана на рисунке 4.6, а при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении – на рисунке 4.7. Таблица 4.3 – Увязка сети при пожаре
из таблицы видно, что ∆h < [∆h] выполняется уже для предварительно распределенных расходах, т.е. исправлений не требуется Рисунок 4.6 – Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при пожаре Таблица 4.4 – Увязка сети при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении
из таблицы видно, что ∆h < [∆h] выполняется уже для предварительно распределенных расходах, т.е. исправлений не требуется  Рисунок 4.6 – Расчетная схема водопроводной сети с окончательно распределенными расходами при максимальном хозяйственно-производственном водопотреблении | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 108,303 л/с