Гидравлический расчет водопровода

Определениедиаметров труб. Гидравлический расчет водопроводной сети заключается в определении диаметров труб и потерь напора на преодоление сопротивления в трубах при пропуске по ним расчетного количества воды. Знание потерь напора необходимо также для расчета высоты водонапорных башен, а также для выбора насоса с требуемой напорной характеристикой.

Расход воды определяется количеством и составом водопотребителей, а также принятыми строительными нормами и правилами водопотребления (СНиП).

Расчет водопотребления производится с целью определения численных значений среднесуточного расхода Q_ср.сут, максимального суточного расхода Q_maxсут и максимального часового расхода Q_maxчас с учетом затрат воды на поение животных и на производственно-технические нужды. В расчетах также необходимо учесть расход воды на тушение возможного пожара и создание в системе минимально необходимого запаса (на случай отключения электроэнергии, наложения карантина при эпизоотии и т. п.). Для расчета необходимо знать среднесуточные нормы водопотребления, состав и количество водопотребителей каждого вида.

Нормой водопотребления называется количество воды в литрах, расходуемоеодним потребителем в сутки. Применительно к животным она включает расходы на поение, мойку помещений, молочной посуды, приготовление кормов, охлаждение молока и др. Расход воды на фермах очень неравномерен как в течение года (по сезонам), так и в течение суток (по часам). Его колебания оцениваются соответствующими коэффициентами неравномерности: для животноводческого сектора k_сут = 1,3 и k_ч = 2,5; для жилищно-коммунального сектора в сельской местности k_сут = 1,2…1,4 и k_ч = 1,5…2,0.

Среднесуточный расход воды на ферме Q_ср.сут, м³/сут, определяется по формуле

, (1.1)

где n_i – число потребителей i-гo вида; q_i – среднесуточная норма потребления воды i-м потребителем, л/сут; N – общее число потребителей.

Максимальный суточный расход воды Q_maxсут определяется из равенства

, (1.2)

где k_сут – коэффициент суточной неравномерности.

В сутки максимального водопотребления среднечасовой расход Q_ср.ч, м³/ч, составит

, (1.3)

а максимальный часовой расход Q_maxчас, м³/ч, будет

, (1.4)

где k_ч – коэффициент часовой неравномерности.

Для обоснования выбора насосов и расчета поточных линий требуется знать секундный расход Q_maxс, м³/с, который рассчитывается по формуле

. (1.5)

Запас воды на противопожарные нужды предусматривает быструю и бесперебойную подачу ее к месту возникновения пожара в достаточном количестве и с необходимым напором в течение 3 ч.

Если дебит источника водоснабжения недостаточен для тушения пожара, то на ферме предусматривается устройство специальных резервуаров для хранения неприкосновенного трехчасового запаса воды. Расход воды на наружное тушение одного пожара через гидранты для зданий объемом от 3 до 5 тыс. м³ принимают равным 10…20 л/с. В фермских водопроводах низкого давления необходимый напор для тушения пожара создается с помощью передвижных пожарных насосов, которые присоединяются к пожарным гидрантам наружной водопроводной сети.

Для объектов с пожарным расходом более 20 л/с потраченный на тушение пожара неприкосновенный запас воды в резервуарах должен быть восстановлен в течение 24 ч, а для объектов с пожарным расходом менее 20 л/с – в течение 36 ч.

В качестве примера рассмотрим схему внутреннего водопровода в животноводческом помещении, а именно в свинарнике-откормочнике комплекса по выращиванию и откорму 54 тыс. свиней в год (т. п. 802–142), показанную на рис. 1.6. На комплексе сектор откорма состоит из пяти свинарников, в которых размещены 18 000 голов секциями в групповых станках по 25 голов. В свинарнике установлены 146 автопоилок. Внутренняя кольцевая сеть собрана из труб диаметром 50 мм и размещена на высоте 3,02 м от пола свинарника. Автопоилки и поливочные вентильные краны присоединены к кольцевой сети отводами (спусками) из труб диаметром 25 и 15 мм. Кроме того, в свинарнике установлено 12 смывных баков вместимостью по 1000 л для удаления жидкого навоза из каналов самотечной системы, в которые вода из баков подается по трубам диаметром 80 мм.

Главный магистральный трубопровод, питающий водой все внутренние водопроводы комплекса, выполнен из стальных труб диаметром 200 мм и проложен в поперечной галерее, устроенной в коридоре, который проходит через все его свинарники. Вода в магистральный трубопровод поступает из наружной сети с двух сторон: со стороны входа в коридор и со стороны выхода из него. К числу водопотребителей в каждом свинарнике относятся также душевые помещения и санузлы.

1 – баки для смыва навоза; 2 – поливочные краны; 3 – автопоилки; 4 – задорный кран (вентиль); 5 – кольцевая сеть внутреннего водопровода

Рисунок 1.6 – Схема внутреннего водопровода в свинарнике-откормочнике комплекса по выращиванию 54 тыс. голов

Для гидравлического расчета на основании генерального плана хозяйства составляют расчетную схему водопроводной сети, на которую по участкам наносятся исходные данные: секундные расходы воды каждым участком q_yчi, л/с; длина каждого участка , м; геодезические отметки потребителей (высоты) z_i, м, и все устанавливаемые, приборы и сооружения. Расход воды определяется суммированием секундных расходов всех потребителей q_ni, л/с, расположенных на каждом i-м участке.

Расчетная схема тупиковой сети показана на рисунке 1.7. На ней начальные и конечные точки участков обозначены номерами по ходу движения воды.

Для расчета водопроводных сетей важно уяснить, что по всем участкам, кроме конечных (тупиков), идут два потока с путевым расходом q_n, достаточным для удовлетворения потребителей, расположенных на рассматриваемом участке, и с транзитным расходом q_T, предназначенным для потребителей, расположенных по ходу потока за рассматриваемым участком. Поэтому расход воды в начале любого участка сети равен сумме путевого и транзитного расходов. Через конечную точку каждого расчетного участка проходит только транзитный расход, так как весь его путевой расход уже израсходован. На следующем участке, расположенном вслед за рассматриваемым, снова будут два расхода: путевой – для потребителей нового участка; транзитный, уменьшенный на величину путевого расхода этого участка.

l – длина участка; q – расчетный расход участка

Рисунок 1.7 – Расчетная схема тупиковой водопроводной сети

Таким образом, в любом сечении расчетного участка расход, проходящий по участку, будет изменяться от до . Расчетный расход линии находится из равенства

, (1.6)

где а – коэффициент, учитывающий соотношение значений транзитного и путевого расходов, зависящий от равномерности (по длине) забора воды из линии потребителями; значение а принимают равным 0,5, тогда

, (1.7)

Суммируя среднесуточные расходы с учетом норм водопот-ребления по всем потребителям, можно рассчитать, пользуясь формулой (1.7), суточный расход воды по всему объекту (ферме, комплексу).

Диаметр трубы каждого из участков водопроводной сети определяют по расчетному расходу

на i-м участке.

При этом используют уравнение

, (1.8)

где F_i – площадь i-го живого сечения напорной трубы, м²; v – скорость движения воды, м/с.

Из зависимости (1.8) получают формулу для определения диаметра трубы D, на i-м участке:

. (1.9)

Скорость движения воды в трубах диаметром 50…300 мм принимают равной 0,7…1,0 м/с; для труб диаметром 300…1000 мм – от 1,0 до 1,5 м/с. Диаметры труб наружных сетей можно выбирать, пользуясь данными, приведенными в табл. 1.5.

Потери напора в трубах.Напор – это гидравлическое давление в водопроводной сети, выраженное через высоту водяного столба в метрах. При анализе работы трубопровода различают потери на трение по длине и местные потери (в задвижках, кранах, отводах и т. п.), вызываемые изменением скорости или направления потока воды.

Применительно к водопроводным трубам круглого сечения потери напора на трение h_T по длине выражают через скорость v или расход Q и их значения определяют соответственно по формулам

, (1.10)

или

, (1.11)

где h_Т – потери напора на трение по длине трубопровода, м; λ – коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от материала труб, степени шероховатости их стенок и диаметра (для приближенных расчетов можно принимать λ = 0,03); v – скорость движения воды в трубах, м/с; l – длина трубопровода, м; D – диаметр трубопровода, м; Q – секундный расход воды, м³/с; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Для расчетов определяют потери напора на единицу длины трубопровода (на 1, 100, 1000 м), называемые гидравлическим уклоном, который находят из формулы

, (1.12)

Потери напора в местных сопротивлениях h_М определяют, пользуясь выражением

, (1.13)

где ξ – безразмерный коэффициент местного сопротивления; v – скорость движения воды за местным сопротивлением, м/с.

В протяженных водопроводных сетях потери в местных сопротивлениях оценивают как 3…5 (в наружных) и 5…10% (во внутренних) от всех линейных потерь на трение.

Полные потери напора в трубопроводе определяются как сумма потерь на трение по длине и потерь в местных сопротивлениях, т. е.

. (1.14)

Для нормальной работы водоразборных приборов в каждом пункте сети должен оставаться еще некоторый запас напора, называемый свободным напором. В наружной водопроводной сети на фермах свободный напор соглсно СНиП быть не менее 10м. Для водопроводной сети соответствующие значения должны быть не менее 4 м для автопоилок и 2 м для водоразборных кранов. Свободные напоры на вводах в производственные помещения устанавливают в соответствии с расходами воды, которые они обеспечивают.

studopedia.ru

46 комментариев на «Гидравлический расчет трубопроводов»

1. Алексей 28 Авг 2014 00:28
2. Александр Воробьев 28 Авг 2014 20:46
3. Николай 07 Ноя 2014 02:10
4. Анатолий 14 Июл 2015 19:34
5. Елена 25 Авг 2015 16:41
6. Александр Воробьев 25 Авг 2015 20:53
7. Игорь 21 Сен 2015 02:09


8. Александр Воробьев 21 Сен 2015 13:50
9. Игорь 21 Сен 2015 21:47
10. Александр Воробьев 21 Сен 2015 22:07
11. Олександр 28 Окт 2015 04:08
12. Александр Воробьев 31 Окт 2015 20:32
13. Игорь 21 Дек 2015 03:47
14. Александр Воробьев 21 Дек 2015 09:00
15. Владимир 02 Дек 2016 18:38
16. Александр Воробьев 03 Дек 2016 10:49
17. Дмитрий 11 Дек 2016 10:10
18. Александр Воробьев 11 Дек 2016 12:29
19. Дмитрий 18 Дек 2016 11:42
20. Александр Воробьев 18 Дек 2016 12:32
21. Мария 17 Янв 2017 16:49
22. Александр Воробьев 17 Янв 2017 19:42
23. хосе 17 Фев 2017 20:06
24. Андрей 27 Мар 2017 17:59


25. Игорь 16 мая 2017 08:02
26. Александр Воробьев 16 мая 2017 17:35
27. Сергей 17 Июн 2017 22:46
28. Александр Воробьев 18 Июн 2017 10:05
29. Лариса 09 Сен 2017 18:13
30. Александр Воробьев 10 Сен 2017 11:21
31. Вадим 19 Сен 2017 23:14
32. Александр Воробьев 20 Сен 2017 19:48
33. Дмитрий 17 Фев 2018 00:39
34. Никита 22 Мар 2018 23:46
35. Александр Воробьев 24 Мар 2018 11:26
36. Denis 28 Мар 2018 18:11
37. Александр Воробьев 28 Мар 2018 19:09
38. Евгений 25 Апр 2018 17:08
39. Александр Воробьев 25 Апр 2018 18:41
40. Елена 04 Июн 2018 20:02
41. Александр Воробьев 04 Июн 2018 21:30
42. Ленар 12 Июл 2018 16:03
43. Александр Воробьев 12 Июл 2018 16:18
44. Михаил Субботин 09 Ноя 2018 15:22
45. Михаил Субботин 09 Ноя 2018 15:24
46. Александр Воробьев 09 Ноя 2018 15:40

Ваш отзыв

Имя (обязательно)

E-mail(обязательно)

Сайт

al-vo.ru

Введение

Трубопровод как способ транспортировки жидких и газообразных сред является самым экономичным способом во всех отраслях народного хозяйства. А значит он  всегда будет пользоваться повышенным вниманием у специалистов.

Гидравлический расчет при проектировании трубопроводной системы позволяет определить внутренний диаметр труб и падение напора в случае максимальной пропускной способности трубы. При этом обязательным является наличие следующих параметров: материал, из которого изготовлены трубы, вид трубы, производительность, физико-химические свойства перекачиваемых сред.

Производя вычисления по формулам, часть заданных величин можно взять из справочной литературы. Ф.А.Шевелев, профессор, доктор технических наук разработал таблицы для точного расчета пропускной способности. Таблицы содержат значения внутреннего диаметра, удельного сопротивления и др параметры. Помимо этого, существует таблица приближенных значений скоростей для жидкостей, газа, водяного пара для упрощения работы с определением пропускной способности труб. Используется в коммунальной сфере, где точные данные  не столь необходимы.

Расчетная часть

Расчет диаметра начинается с использования формулы равномерного движения жидкости (уравнение неразрывности):

q = v*ω,

где q — расчетный расход

v — экономическая скорость течения.

ω — площадь поперечного сечения круглой трубы с диаметром d.

Рассчитывается по формуле:

ω = πd² / 4,

где d — внутренний диаметр

отсюда  d = √4*q/ v*π

Скорость движения жидкости в трубопроводе принимается равной 1,5-2,5 м/с. Это то значение, которое соответствует оптимальной работе линейной системы.

Потери напора (давления) в напорном трубопроводе находят по формуле Дарси:

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

где g — ускорение свободного падения,

L — длина участка трубы,

v2/2g — параметр, обозначающий скоростной (динамический) напор,

λ — коэффициент гидравлического сопротивления, зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенок трубы. Шероховатость подразумевает неровность, дефект внутренней поверхности трубопровода и подразделяется на абсолютную и относительную. Абсолютная шероховатость — это высота неровностей. Относительную шероховатость можно рассчитать по формуле:

ε = е/r.

Шероховатость различна по форме и неравномерна по длине трубы. В связи с этим в расчетах принимается усредненная шероховатость k1 — поправочный коэффициент. Данная величина зависит от целого ряда моментов: материал труб, длительность эксплуатации системы, различные дефекты в виде коррозии и др. При стальном исполнении трубопровода значение применяется равным 0,1-0,2 мм. В то же время, в иных ситуациях параметр k1 можно взять из таблиц Ф.А.Шевелькова.

В том случае, если длина магистрали невысока, то местные потери напора (давления) в оборудовании насосных станций примерно одинаковы потерям напора по длине труб. Общие потери определяются по формуле:

h = P/ρ*g, где

ρ — плотность среды

Случаются ситуации, когда трубопровод пересекает какое-либо препятствие, например, водные объекты, дороги и др. Тогда используются дюкеры — сооружения, представляющие собой короткие трубы, прокладываемые под преградой. Здесь тоже наблюдается напор жидкости. Диаметр дюкеров находится по формуле (с учетом, что скорость течения жидкости составляет более 1 м/сек):

h = λ*( L/ d)*( v2/2g),

h = I*L+ Σζ* v2/2g

ζ — коэффициент местного сопротивления

Разность отметок лотков труб в начале и конце дюкера принимается равной потерям напора.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

hм = ζ* v2/2g.

Движения жидкости бывают ламинарные и турбулентные. Коэффициент hм зависит от турбулентности потока (число Рейнольдса Re). С увеличением турбулентности создаются дополнительные завихрения жидкости, за счет чего величина коэффициента гидравлического сопротивления увеличивается. При Re › 3000 всегда наблюдается турбулентный режим.

Коэффициент гидравлического сопротивления при ламинарном режиме, когда Re ‹ 2300, рассчитывается по формуле:

λ = 64/ Re

В случае квадратичности турбулентного потока ζ будет зависеть от архитектуры линейного объекта: угла изгиба колена, степенью открытия задвижки, наличием обратного клапана. Для выхода из трубы ζ равна 1. Длинные трубопроводы имеют местные сопротивления порядка 10-15% на трение hтр. Тогда полные потери:

Н = hтр + Σ hтр ≈ 1,15 hтр

Производя расчеты, выбирается насос, исходя из параметров подачи, напора, действительной производительности.

prokommunikacii.ru

Главная | Обратная связь

Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основным назначением гидравлического расчета водопроводной сети 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 стальных водопрорводных труб в соответствии со СНиП 2.04.02–84 производится по формулам ВНИИ ВОДГЕО. По этим формулам составлены расчетные таблицы, приведенные в приложении В. При расчете сетей хозяйственно-питьевых, производственных и противопожарных водопроводов следует обеспечивать необходимые напоры воды у приборов, указанные в приложении Б. Гидравлический расчет трубопроводов из полипропилена производится по номограмме, приведенной в приложении Г. Форма записи гидравлического расчета приведена в приложении Д. Расчет системы внутреннего хозяйственно-питьевого водопровода холодной воды производится в следующей последовательности. 1. На планах этажей показывают расположение водопроводных стояков и подводок к водоразборным устройствам. 2. На планах подвала (чердака) показывают расположение магистралей. Подводок к стоякам, запорно-регулирующую арматуру. 3. По планам вычерчивают аксонометрическую схему внутреннего водопровода. 4. По аксонометрической схеме и генплану намечают расчетную точку (диктующую) и расчетное направление движения воды от точки присоединения ввода к городскому водопроводу) до расчетной точки. 5. Расчетное направление разбивают на расчетные участки (участком называется часть трубопровода с неизменным расходом воды). 6. Определяют расчетные расходы воды на всех расчетных участках. Максимальный секундный расход воды на расчетном участке сети , л/с, следует определять по формуле:   ,   где , л/с – секундный расход воды водоразборным прибором, который следует определять: – отдельным прибором – согласно приложению Б; – различными приборами, обслуживающими одинаковых водопотребителей на участке тупиковой сети, – согласно приложению Ж; α – коэффициент, определяемый согласно приложению И в зависимости от общего числа приборов N на расчетном участке сети и вероятности их действия Р. Величина принимается в зависимости от произведения NР. Для жилых зданий, в которых размещаются одинаковые потребители, вероятность действия приборов следует определять по формуле: , где – число водопотребителей; N – число санитарных приборов. qhr,u – норма расхода воды в час наибольшего водопотребления, определяется по приложению Ж. 7. В зависимости от максимального секундного (расчетного) расхода на расчетном участке определяют диаметр трубопровода, скорость движения воды и гидравлический уклон 1000i (по таблицам гидравлического расчета для стальных трубопроводов, приложение В, или по номограмме для полипропиленовых трубопроводов, приложение Г). При этом учитывают рекомендуемые скорости в трубопроводах. В магистральных трубопроводах и распределительных стояках хозяйственно-питьевых водопроводов, согласно СНиП 2.04.01-85, скорость движения воды рекомендуется принимать не более 1,5-2 м/с, в подводках к водоразборным устройствам – не более 3 м/с. Наиболее экономичными являются скорости в пределах 0,9 – 1,2 м/с. Диаметры труб внутренних водопроводов назначают из расчета наибольшего использования гарантированного напора воды в наружной водопроводной сети. 8. По расчетному расходу и диаметру (по таблицам гидравлического расчета или номограммам) определяют удельные потери напора на трение на каждом участке 1000 i, мм/м. 9. С учетом длины участка определяют потери напора по всей длине участка: , где hе – потери напора на трение в м; i– удельные потери напора на трение; l– длина расчетного участка трубопровода данного диаметра; 10. Определяют местные потери напора (hм) в процентах от потерь напора на трение по длине труб. Для сетей хозяйственно-питьевого водопровода жилых и общественных зданий 30 %; 11. Определяют суммарные потери напора по расчетному направлению. Суммарные потери равны:   , м,   где hвв и hl – потери напора на трение соответственно на вводе (от наружной сети до счетчика воды) и в трубопроводе по расчетному направлению от счетчика воды до диктующего прибора, м; hм – сумма потерь напора в местных сопротивлениях; принимается 30 % от потерь на трение (hвв + hl) в м; hвод – потери напора в счетчике воды определяются по формуле:   , где , л/с – расчетный секундный расход воды на участке установки счетчика; S – гидравлическое сопротивление счетчика, м/(л/с)2 (приложение А). Диаметр условного прохода счетчика воды следует выбирать исходя из среднечасового расхода воды (40 % от максимального часового расхода), который не должен превышать эксплуатационный (приложение А). Счетчик надлежит проверять на пропуск максимального (расчетного) секундного расхода воды, при котором потери напора в крыльчатых счетчиках холодной воды не должны превышать 5 м, в турбинных – 2,5 м. Также счетчик проверяют на пропуск малых расходов (порог чувствительности). Максимальный часовой расход воды , м3/ч, следует определять по формуле   ;   где , л/ч, часовой расход воды санитарно-техническим прибором, следует определять при одинаковых водопотребителях в здании (зданиях) или сооружении (сооружениях) согласно приложению Ж. Значения qhr,u, qо,hr и qо принимать по приложению Ж для различных приборов, обслуживающих одинаковых потребителей. – коэффициент, определяемый согласно рекомендуемому приложению И в зависимости от общего числа приборов N, обслуживаемых проектируемой системой, и вероятности их использования, вычисляемой по формуле: . 12. Определяют величину общего (требуемого) напора, требуемого для внутреннего водопровода с учетом геометрической высоты подачи воды до диктующего водоразборного устройства и необходимого свободного напора. Необходимый (требуемый) напор определяют по формуле   , м,   где Hr – геометрическая высота подачи воды от точки присоединения ввода к наружной сети до отметки диктующего прибора, м; Hf – свободный напор у диктующего прибора, приложение Б, м; ∑ h – суммарные потери напора на расчетном направлении от диктующего прибора до наружной сети. 13. Сравнивают требуемый напор с гарантийным, имеющимся в наружной сети, и определяют необходимость установки повысительных насосов. При расчете внутреннего водопровода необходимо соблюдать условие: . Если это условие не соблюдается, то нужно подобрать и установить насос. Производительность хозяйственно-питьевых насосных установок принимается не менее максимального секундного расхода воды. Напор насосной установки определяют по недостающему напору:   , м.   Проектирование насосных установок и определение числа резервных агрегатов следует выполнять согласно СНиП 2.04.02 – 84*. В местной повысительной установке надлежит предусматривать параллельную работу насосов. Подбор насоса производится по приложению И (по максимально-часовому расходу и недостающему напору).

mykonspekts.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.

3. 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!

gidroguru.com