Гидравлический расчет сетей и построение продольного профиля коллекторов

7. Гидравлический расчет сетей и построение продольного профиля коллекторов

Гидравлический расчет заключается в определении диаметров труб для расчетных максимальных секундных расходов сточных вод, уклонов, потерь напора, скоростей течения и степени наполнения.

При расчете сети допускается, что расчетный расход сточных вод поступает вначале расчетного участка, а режим движения жидкости в расчетных участках сети равномерный.

В основу гидравлического расчета приняты:

1.  Формула постоянства расхода: q = w ∙ v; (7.1)

2.  Формула Шези для определения скорости: v = С ∙ R_i; (7.2)

Канализационная сеть города прокладывается с уклонами, соответствующими уклонам поверхности земли, но не менее минимально допустимых.

Минимальный уклон определяется по формуле :

, (7.3)

где d – диаметр труб , мм

Ограничения в максимальных скоростях принимаются из-за того, что поток сточных вод несет значительное количество минеральных примесей, которые при больших скоростях могут нарушить прочность труб :

- для неметаллических труб v_max≤ 4 м/с

- для металлических труб v_max≤ 8 м/с

Гидравлический расчет уличной канализации производим по таблицам Лукиных [4] и на ЭВМ, расчетные данные сводятся в таблицу 7.1. По итогам таблицы построены продольные профили рассчитываемых канализационных коллекторов.

8. Подбор напорных водоводов и насосного оборудования ГНКС

Для перекачки и подкачки сточных вод на более высокие отметки применяют канализационные насосные станции (КНС), подбор диаметров напорных водоводов производим по таблице 44 [4]. Диаметр напорных водоводов подбирается по секундному максимальному расходу, который определяется по таблице 1:

Q_hmax = 1797 м³/ч;

q_{w max} = Q_hmax/3.6 = 500 л/с (8.1)

Т.к. количество напорных водоводов n = 2, то расчётный расход для подбора диаметра водоводов принимаем равным:

q_{w max}/n = 500/2 = 250 л/с (8.2)

При аварии на напорном трубопроводе одна нитка должна пропускать 75% расхода:

q_ав=0,75·500=375 л/с (8.3)

Диаметр водоводов определяется по экономически наивыгоднейшим скоростям из таблицы 44 [4] :

- d = 600 мм;

- v = 0,9 м/с; v_ав=1,32 м/с

- i’ = 0.0016; i_ав=0,0035

Необходимый напор насосов определяется по формуле:

H = Н_г + h_н.с. + h_l+ h_м +h_изл., м, (8.4)

где Н_г. – геометрическая высота подъёма воды, определяемая как разность отметок уровня воды в приёмной камере очистных сооружений (Z_ОС, м) и дна приёмного резервуара насосной станции (Z_пр.рез., м);

Н_г. = Z_ОС - Z_пр.рез., м, (8.5)

где Z_ОС- принимается на 5-6м (в данном проекте примем 5 м) выше отметки горизонта высоких вод в месте расположения очистной станции,

Z_ОС = 145+ 5 = 150 м;

Z_пр.рез.- принимается на 1,5 м ниже отметки лотка подводящего коллектора;

Z_пр.рез. = 138,8-1,5=137,3 м;

H_г = Z_ОС - Z_п.рез. = 150– 137,3 = 12,7 м;

h_н.с. – потери напора в коммуникациях в насосной станции (примем h_н.с. = 2м);

h_l – потери напора по длине в напорных водоводах, м;

h_l = l * i’, м, : (8.6)

где l – длина напорных водоводов, м, (l = 500 м);

i_ав – единичное сопротивление трубопровода (i_ав = 0.0035);

h_l = 500*0,0035 = 1,75м;

h_местн. - потери на местные сопротивления, принимаются 10% от потерь по длине, м;

h_местн. = 0.1 * h_l = 0.1 * 1,75 = 0,175 м; (8.7)

h_изл – свободный напор на излив воды ( примем h_изл = 2 м).

H = H_г + h_н.с. + h_изл. + h_l + h_местн. = 12,7+2+2+1,75+0,175=18,625 м.

По каталогу насосов подбираем марку насоса с характеристиками:

- Q_1н = 1797 м³/ч;

- Н = 19 м.

Принимаем марку насоса СД 900/32б n=960 об/мин (частота оборотов n = 960 об/мин) по каталогу [5]. В насосной станции устанавливаем 2 насоса.

 

 

9. Проектирование и расчет дождевой канализации

В дождевую сеть поступают дождевые и талые воды. Обычно дождевая сеть рассчитывается на пропуск дождя максимальной интенсивности для данной местности. Дождевая сеть состоит из внутренних водотоков и дождевой уличной сети.

Внутренние водотоки собирают дождевые стоки с крыш зданий, которые потом поступают в уличную сеть. Дождевые воды, образующиеся на свободной поверхности земли, поступают в сеть через дождеприёмники.

Территория канализуемого объекта разбита на площади стока, тяготеющими к уличной сети, биссектрисами к осям улиц, смотри лист 1 графического материала. Схема дождевой канализации принята перпендикулярная.

Расчет дождевой канализации:

1. Определение расчетных расходов дождевой сети:

Канализуемый объект находится в районе города Гомеля. Определяем основные расчётные параметры дождя для района города Гомеля:

m_r – количество дождей в году. Определяется по таблице 4 [3];

-определяется по таблице 4 [3]:

m_r=150; =1,54.

Показатель степени n определяем по карте изменения параметра n, приложения 3 [2]:

n=0,68

Расчётная интенсивность дождя продолжительностью 20 минут для проектируемого района, определяется по картам изолиний приложение 3 [2].

.

Определим расчётный параметр А:

 (9.1)

Определение среднего коэффициента стока удобнее вести в табличной форме. Для водонепроницаемых поверхностей значение  зависят от величины параметра А. Определим среднее значение коэффициента стока по таблице 9 и 10 [3].

Определение среднего коэффициента стока Z_mid.

Вид покрытия	Zтабл	%F	Zi*Fi
Крыши	0,265	20	5,3
Асфальтовые покрытия	0,265	25	6,625
Булыжные мостовые	0,145	15	2,175
Щебёночные мостовые	0,125	15	1,875
Газоны	0,038	25	0,95

Z_mid= ∑Z_i*F_i/ 100=(5,3+6,625+2,175+1,875+0,95)/100=0,169 (9.2)

Определяем удельный модуль стока дождевых вод для канализуемой территории по формуле:

, л/с га (9.3)

гдеt_con – продолжительность протекания дождевых вод с момента концентрации дождевого потока до расчётного сечения дождевого коллектора, 5 мин.

β –коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в период возникновения напорного режима. Определяется по таблице 11 [3] в зависимости от показателя n, β =0,68;

P – период однократного переполнения сети. Определяется по таблице 5 [3] в зависимости от величины q₂₀ и характера расположения коллекторов, Р = 1;

Далее расчётный коллектор разбиваем на участки и производим определение площадей стока, тяготеющих к каждому расчётному участку.

Определяем начальную глубину заложения дождевой сети. Т.к. в проекте предусмотрена внутриквартальная сеть, то расчёт начальной глубины заложения дождевой сети ведётся аналогично расчёту хозяйственно-бытовой:

;

С этого пункта расчёт ведем в табличной форме таблица 4. Расчёт ведется в следующем порядке. На первом участке задаемся минимальной скоростью и определяем продолжительность дождевых вод по трубам до рассматриваемого участка по формуле:

t_p = (0,017 * l)/v (9.4)

По мере прохождения по коллектору продолжительность притока суммируется и определяется свой коэффициент φ:

q_cal = Q_исч. * φ (9.5)

Расхождение между расходом дождевых вод и пропускной способностью трубы допускается в пределах ±10%.Все расчеты сводим в таблицу 9.1:

 

10. Описание запроектированной сети

Канализационная сеть запроектирована для города с населением 63010 жителей. Схема хозяйственно-фекальной канализационной сети пересеченная и требует очистки сточных вод. Схема централизованная, т. к. запроектирована только одна станция очистных сооружений.

Схема дождевой канализации принята перпендикулярной, т. к. отсутствует необходимость очистки дождевых стоков. Дождевые воды собираются с территории канализования дождеприемниками и поступают в уличную сеть. Предусмотрена внутриквартальная дождевая канализация.

Принципы конструирования

Нормальные гидравлические условия в сети обеспечиваются не только правильным гидравлическим расчётом, но и правильным конструированием ее элементов.

1) Канализационные линии между колодцами следует прокладывать прямолинейно; в местах поворотов сети, изменения уклона линии, изменения диаметра труб, соединения одной или нескольких линий труб должны быть устроены колодцы.

2) Трубы и каналы в колодцах необходимо соединять по шелыгам труб или по уровню воды, чтобы по возможности уменьшить образование подпора в следующих далее участках сети.

3) Расчётная скорость движения жидкости должна быть возрастающей по течению. Уменьшение расчётной скорости допускается только после перепадных колодцев.

4) Угол между присоединяемой и отводящей трубой должен быть менее 90⁰, т. к. крутые повороты потоков в смотровых колодцах создают добавочные местные сопротивления и вызывают подпор сети.

5) В колодцах трубы соединяют с помощью открытых лотков, выполненных по плавным кривым.

6) При резком изменении уклона трубопровода устраивают быстроток c переполненным колодцем для гашения скоростей течения.

Дождевые и талые воды поступают в дождевую канализационную сеть, которая предусматривает выпуск воды в реку.

Список литературы:

1. СНБ 4.01.01-03 «Водоснабжение питьевое. Общие положения и требования»

2. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Сети водоотведения города». Л.В. Кулешова, Е.А. Казанли. Минск 2004

3. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

4. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчёта канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. П.П. Павловского.-М.: Стройиздат, 1974.-150 с.

5. Каталог насосов применяемых в мелиорации. Республиканский проектно-технический трест «РОСОРГТЕХВОДСТРОЙ».