Гидравлический расчет системы водоснабжения

Для чего выполняется гидравлический расчет водопроводной сети? Какие конкретно как раз параметры нуждаются в расчете? Существуют ли какие-то простые схемы расчетов, доступные для новичка? Сходу оговорим: данный материал ориентирован в первую очередь на обладателей маленьких частных домов; соответственно, такие параметры, как возможность одновременного применения всех сантехнических устройств в здании, нам определять не требуется.

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 трех метров/с.

  1. Оптимального диаметра водопровода, снабжающего приемлемое падение напора. Как вариант — может определяться утрата напора при известном диаметре каждого участка. В случае если с учетом утрат напор на сантехнических устройствах будет меньше нормированного, локальная сеть водоснабжения испытывает недостаток в установке подкачки.

Несложный опыт наглядно демонстрирует падение напора в водопроводе.

Расход воды

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

Прибор Расход ХВС, л/с Неспециализированный 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

При предполагаемого одновременного применения нескольких сантехнических устройств расход суммируется. Так, в случае если в один момент с применением туалета на первом этаже предполагается работа душевой кабинки на втором — будет в полной мере логичным сложить расход воды через оба сантехнических прибора: 0,10+0,12=0,22 л/с.

При последовательном подключении приборов расход воды суммируется.

Особенный случай

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

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, количество до 25000 м3) 2
То же, количество больше 25 тыс. м3 3
Публичные сооружения (до 10 этажей, количество 5 — 25 тыс. м3) 1
То же, количество больше 25 тыс. м3 2
Публичные сооружения (более 10 этажей, количество до 25 тыс. м3) 2
То же, количество больше 25 тыс. м3 3
Администрации фирм (количество 5 — 25 тыс. м3) 1
То же, количество более 25000 м3 2

Скорость потока

Предположим, что наша задача — гидравлический расчет тупиковой водопроводной сети с известным пиковым расходом через нее. Нам необходимо выяснить диаметр, который обеспечит приемлемую скорость перемещения 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 между собой следующей последовательностью формул:

S = ? r ^2, где:

  • S — площадь сечения трубы в квадратных метрах;
  • ? — число «пи», принимаемой равным 3,1415;
  • r — радиус внутреннего сечения в метрах.

Полезно: для металлических и чугунных труб радиус в большинстве случаев принимается равным половине их ДУ (условного прохода). У многих пластиковых труб внутренний диаметр на ход меньше номинального наружного: так, у полипропиленовой трубы наружным диаметром 40 мм внутренний примерно равен 32 мм.

Условный проход примерно соответствует внутреннему диаметру стальной трубы.

Q = VS, где:

  • Q — расход воды (м3);
  • V — скорость водяного потока (м/с) ;
  • S &очень плохо;#8212; площадь сечения в квадратных метрах.

Пример

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

Как мы уже узнали, 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, так, должен быть равен как минимум 0,016 х 2 = 0,032 м, либо 32 миллиметра. Это соответствует параметрам металлической трубы ДУ32.

Обратите внимание: при получении промежуточных значений между стандартными размерами труб округление выполняется в громадную сторону. Цена труб с диаметром, отличающимся на ход, различается не через чур очень сильно; в это же время уменьшение диаметра на 20% влечет за собой практически полуторакратное падение пропускной свойстве водопровода.

Пропускная способность первой и третьей труб различается вчетверо.

Несложный расчет диаметра

Для стремительного расчета может употребляться следующая таблица, конкретно 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

Утрата напора

Формулы

Инструкция по расчету утраты напора на участке известной длины достаточно несложна, но подразумевает знание изрядного количества переменных. К счастью, при жажде их возможно отыскать в справочниках.

Формула имеет форму H = iL(1+K).

В ней:

  • H — искомое значение утраты 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, так, давление на входе в водораспределительную сеть необходимо поднять на 1 кгс/см2.

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

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

Кое-какие элементы формулы очевидно требуют комментариев.

Несложнее 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 намного сложнее. Он отражает то сопротивление, которое труба оказывает перемещению воды.

Гидравлический уклон зависит от трех параметров:


  1. Скорости потока. Чем она выше, тем больше гидравлическое сопротивление трубопровода.
  2. Диаметра трубы. Тут зависимость обратная: уменьшение сечения ведет к росту гидравлического сопротивления.
  3. Шероховатости стенок. Она, со своей стороны, зависит от материала трубы (сталь владеет менее ровной поверхностью если сравнивать с полипропиленом либо ПНД) и, в некоторых случаях, от возраста трубы (известковые отложения и ржавчина увеличивают шероховатость).

К счастью, проблему определения гидравлического уклона всецело решает таблица гидравлического расчета водопроводных труб (таблица Шевелева). В ней приводятся значения для различных материалов, скоростей и диаметров потока; помимо этого, таблица содержит коэффициенты поправок для ветхих труб.

Таблицы Шевелева.

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

Размер таблиц Шевелева делает неосуществимой их публикацию полностью; но для ознакомления мы приведем маленькую 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 необходимо учитывать, что большинство сантехнических устройств для обычной работы требует определенного избыточного давления. В СНиП тридцатилетней давности приводятся данные для устаревшей сантехники; более современные образцы бытовой и санитарной техники требуют для обычной 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.

Но: на практике лучше закладывать в расчет пара большее избыточное давление — 0,5 кгс/см2. Запас нужен для компенсации неучтенных утрат на подводках к устройствам и их собственного гидравлического сопротивления.


Примеры

Давайте приведем пример гидравлического расчета водопровода, выполненного своими руками.

Предположим, что нам необходимо вычислить утрату 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. Потому, что в формуле расчета падения напора употребляется i, а не 1000i, это значение направляться поделить на 1000: 319,8 / 1000 = 0,3198.
  2. Коэффициент К для хозяйственно-питьевого водопровода будет равным 0,3.
  3. Формула в целом купит вид H = 0,3198 х 28 х (1 + 0,3) = 11,64 метра.

Так, 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 в полной мере выполнимо: давление в магистрали в большинстве случаев не ниже 2,5 — 3 атмосфер.

К слову: опробования водопровода при сдаче в эксплуатацию проводятся давлением, как минимум равным рабочему с коэффициентом 1,3. Акт гидравлических опробований водопровода обязан включать отметки как об их длительности, так и об испытательном давлении.


Образец акта гидравлических испытаний.

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

  • Давление в автостраде образовывает 2,5 атмосферы.
  • Протяженность водопровода до концевого смесителя равна 144 метрам.
  • Переходы диаметра отсутствуют: целый внутренний водопровод будет монтироваться одним размером.
  • Пиковый расход воды образовывает 0,2 литра в секунду.

Итак, приступим.

  1. Допустимая утрата давления образовывает 2,5-0,5=2 атмосферы, что соответствует напору в 20 метров.
  2. Коэффициент К и в этом случае равен 0,3.
  3. Формула, так, 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.

Источник: uchebniksantehnika.ru

Гидравлический расчет водопроводной 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 является самым дорогим элементом 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 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, л/с, называют удельным

где qmах — 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. Например (рис. 10, а),

Гидравлический расчет системы водоснабжения

Рис.10. Расчетные схемы водопроводных сетей на случай максимального водопотребления:

а-разветвленной с башней в начале сети; б – кольцевой с контррезервуаром (линия а-а — граница районов питания)

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

где l – длина участка cети

Тогда путевой расход для участка 1—2 (рис. 10, а) будет равен qпут = 0,05-100 = 5 л/с.

Каждый промежуточный участок сети, кроме путевого расхода, несет транзитный расход, идущий на питание последующих участков, т. е. расход на участке равен

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:

Qуз2= л/с

Для определения диаметров труб участков сети применяют известную формулу гидравлики трубопроводов, связывающую площадь живого сечения трубы w м 2 , с расходом q, м 3 /с, и со скоростью движения воды v, м/с,

Из этой формулы видно, что диаметр трубы зависит не только от расхода, но и от скорости движения воды. Если принять малое значение расчетной скорости, то трубопровод получится относительно большого диаметра, а следовательно, будет иметь большую строительную стоимость. Наоборот, чем больше будет скорость движения воды, тем меньше будет диаметр трубопровода и его строительная стоимость. Однако увеличение скорости движения воды вызывает резкое увеличение потерь напора в трубах и, следовательно, увеличивается затрата электроэнергии на подачу воды к потребителям, т. е. увеличивается стоимость 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. Эта скорость зависит от стоимости энергии, стоимости труб и их укладки, расчетного срока службы и материала труб.

Н. Н. Абрамовым предложен график для определения экономического фактора Э, для различных значений стоимости электроэнергии σ в зависимости от коэффициента стоимости труб b.

Для удобства подбора диаметра труб составлена таблица предельных экономических расходов для каждого стандартного диаметра металлических труб (табл. 1).

По таблице 1 подбираем диаметр трубы для участка 12 при экономическом факторе 0,5 . 200 мм.

Потери напора на трение в трубах можно определить по формуле

где q- расход; l — длина трубопровода; d — диаметр труб; k и λ —коэффициенты потери напора; k = 0,083 λ,.

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

В таблицах выделена область экономически выгодных диаметров и поэтому отпадает необходимость первоначального подбора диаметров по таблице 1. Для нашего случая q=25,5 л и =100м; l =5,47·0,1=0,55 м.

Гидравлический расчет разветвленной сети производят в такой последовательности.

В первую очередь рассчитывают главную магистраль 1234—5, соединяющую начальную точку сети с наиболее удаленной и возвышенной из конечных ее точек. Затем рассчитывают ответвления 21011; 29; 367; 6—5 (см. рис. 10, а).

Расчет сети может быть произведен в том случае, когда:

а) заданы требуемые напоры во всех узлах, необходимо определить требуемый напор в начальной точке;

б) заданы напоры в начальной и в узловых точках, требуется определить диаметры труб для пропуска расхода 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 два 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 расхода, уходящих из этого узла, плюс узловой расход.

Если обозначить расходы, приходящие в узел, знаком плюс, а уходящие (включая узловой расход) — знаком минус, 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 = или ΣSq 2 = 0, где S — сопротивление участка, S= Al; А — удельное сопротивление трубы, принимается по табли­це Ф. А. Шевелева.

Однако решение системы квадратных уравнений для сети с большим количеством колец представляется весьма сложной задачей.

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 М. М. Андриашева.

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

Возьмем одно кольцо 1 см. (рис.10, а)с намеченным распределением расходов воды q, по которым определены диаметр труб d; длина участков известна.

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

Пусть неувязка Δh >0, т. е. перегружены верхний (43) инижний (56) участки, в которых вода движется по часовой стрелке.

Для получения равенства Σh = 0 или Δh = 0 необходимо некоторый, пока неизвестный, поправочный расход Δ q пропустить по участкам кольца в направлении, обратном знаку неувязки:

Преобразуя уравнение, можно найти искомую величину

Δ q=

Величина Δq 2 отброшена как относительно малая по сравнению с членами, содержащими q и Δq.

Числитель есть Δh, а знаменатель является удвоенной суммой произведений расходов каждого участка на его сопротивление, т. е.

Если сеть состоит из нескольких колец, то задача сводите; 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 вводите: в каждое кольцо отдельно. М. М. Андрияшев предлагает пoпpaвочный расход проводить по замкнутому контуру, охватывающему несколько колец. Величина и направление поправочного pacхода определяется на основании анализа неувязок, полученных в отдельных кольцах.

Путь поправочного расхода выбирают так, чтобыон был направлен против движения потока в перегруженных участках и совпал с потоком в недогруженных.

Всю запись расчета М. М. Андрияшев рекомендует вести не­посредственно на расчетных схемах, а вычисления производить при помощи счетной линейки. На схеме (рис. 10, б) показан пример записи расчета: первые цифры – расход, л/с; вторые —потери напора, м; цифры у стрелок внутри колец —величины неувязок; цифры в рамке — сопротивления участков.

Водопроводные сети, разделенные на зоны, называют зонными. Каждая зона имеет самостоятельную сеть, отдельную насосную установку и напорно-регулирующую емкость. Запасные емкости могут быть объединены.

Зонирование водопровода может быть вызвано как техническими, так и экономическими соображениями. По чисто техническим соображениям необходимость зонирования и число зон принимают исходя из требований не превышать расчетный напор, допускаемый техническими условиями эксплуатации водопровода.

В соответствии с указаниями СНиП 2.04.02—84 свободный напор в сетях хозяйственно-питьевого водопровода не должен превосходить 60 м вод. ст. Эти требования устанавливают в зависимости от материала и типа труб и условий эксплуатации сети.

Необходимость зонирования водопроводной сети может быть определена из следующего выражения:

где zk.t – zh,t =Δz — максимальная разность отметок точек критической, где должен быть обеспечен требуемый свободный напор Hсв, и наиболее низко расположенной в начале сети, м; hmax максимальная потеря напора от начала сети до критической точки, м.

Если полученная величина Нтaх превышает допускаемую величину свободного напора в сети, то зонирование необходимо.

Часто зонные водопроводы устраивают в случаях, когда имеется большая разница в величине необходимых для отдельных потребителей свободных напоров.

В практике проектирования зонных водопроводов зонирование предусматривают по последовательной или параллельной схеме.

При последовательном зонировании (рис.11, а) насосная станция № 1 подает воду в количестве, равном сумме расходов первой и второй зон (т. е. Q I+QII), но под напором, требуемым для обеспечения свободного напора в диктующей точке нижней зоны.

При этом расход верхней зоны QII проходит транзитом через сеть нижней зоны и поступает в резервуар Р. Насосная станция № 2 подает расход лишь для верхней зоны QII и обеспечивает требуемый напор в пределах второй зоны. Насосы станции № 2 могут брать воду или непосредственно из сети (рис. 11, а, 1), или из промежуточного резервуара (рис. 11, а, 2). Резервуар Р может служить одновременно запасной емкостью для верхней зоны и контррезервуаром для нижней. Обычно этот резервуар располагают выше границы зон на отметках, обеспечивающих Требуемые свободные напоры в диктующих точках нижней зоны. Таким образом, напоры в начальных точках зон значительно уменьшаются и не превышают нормативных 60 м.

При параллельной системе зонирования (рис. 11, б) вода подается в сеть каждой зоны отдельными группами насосов, установленными на общей насосной станции, по отдельным водоводам.

При этой системе зонирования напор выше допускаемого будет только в водоводах верхней зоны в пределах от насосной станции до точки присоединения водоводов к сети.

Кроме технических требований, обусловливающих зонирование водопроводных систем, могут быть и чисто экономические соображения необходимости зонирования.

Экономические расчеты показывают, что увеличение количества зон уменьшает затраты энергии на подачу воды.

В незонированной системе водоснабжения весь расход Q подается насосами под напором Н, требуемым для создания свободного напора в диктующей точке. Количество затрачиваемого на подачу воды энергии можно определить из выражения Э=ρ·g·Q·H

Разделив систему водоснабжения на две зоны с высотой H/2 и расходом Q/2 в каждой из них, определим затраты энергии.

При последовательной системе зонирования: для первой станции

При параллельном зонировании:

Таким образом, для обеих систем зонирования при разделении сети на две зоны получим уменьшение количества энергии, затрачиваемой на подъем воды на 25%.

Однако наряду с сокращением эксплуатационных расходов на подъем воды зонирование вызывает увеличение суммарной строительной стоимости насосных станций и стоимости содержания обслуживающего персонала при последовательном зонировании, а при параллельном зонировании увеличивается суммарная стоимость водоводов.

При любой системе зонирования увеличивается стоимость резервуаров.

Решение о зонировании системы водоснабжения принимается на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Выбор системы зонирования зависит в основном от конфигурации населенного пункта и рельефа местности.

Параллельное зонирование обычно более рационально для городов с территорией, вытянутой вдоль горизонталей, так как в этом случае длина водоводов от насосной станции до каждой из зон будет сравнительно малой.

При застройке, вытянутой в направлении, перпендикулярном горизонталям, более экономичным является зонирование по пос­ледовательной системе.

Гидравлический расчет системы водоснабжения

Рис 11. Схемы зонирования

а– последовательного; б-паралельного

Источник: lucheeotoplenie.ru

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.

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.

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.

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).

Формулы

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

S = π r ^2, где:

  • 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.

Q = VS, где:

  • 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.

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).

В ней:

  • 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.

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).

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.

  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.

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.

Итак, приступим.

  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.

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!

Источник: gidroguru.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector