Харківська національна академія міського господарства icon

Харківська національна академія міського господарства




Скачати 499.21 Kb.
НазваХарківська національна академія міського господарства
Сторінка1/3
Дата07.06.2012
Розмір499.21 Kb.
ТипНавчально-методичний посібник
  1   2   3



Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія

міського господарства




М.М.Яковенко, Ю.П.Тітов

Інженерна гідравліка



Навчально-методичний посібник до практичних занять
(для студентів 1-3 курсів денної і заочної форм навчання
спеціальності 7.092601)



Харків - ХНАМГ - 2005


УДК


Інженерна гідравліка: Навч.-метод. посібник до практичних занять (для студентів 1-3 курсів спеціальностей ВВ і ОВ - 7.092601). Харків: ХНАМГ, 2005 - 91 с.


Укладачі: М.М. Яковенко, Ю.П. Тітов


Рецензент: В.І. Беляєв


Практичні заняття починаються з теоретичної частини, в котрій наведені головні формули, довідкові дані, необхідні для вирішення прикладів за темами. Запропоновані приклади взяті із спеціальних курсів (водопостачання, водовідведення, опалення) з тим, щоб максимально наблизити їх до практики. У додатках наведено довідкові матеріали й завдання для проведення контролю знань студентів.


Призначені для студентів, які вивчають дисципліни “Водопостачання і водовідведення”, “Очистка води”. Рис. - 32. Табл. - 6. Бібліограф. - 8.


Рекомендовано кафедрою ВВ і ОВ, протокол № 5 від 17.12.2004 р.


© Яковенко М.М., Тітов Ю.П., ХНАМГ, 2005


ЗМІСТ





стор.

Вступ ………………………………………………………………….....

4

1. Гідравлічні розрахунки напірних трубопроводів.

4

1.1. Розрахунки довгих трубопроводів постійного діаметра ………......

5

1.2. Розрахунки трубопроводу з послідовно з'єднаних труб …………...

9

1.3. Розрахунки паралельно з'єднаних труб …………………………......

10

1.4. Розрахунки трубопроводів з безперервною зміною витрати за довжиною ……………………………………………………………….........


12

1.5. Розрахунки всмоктуючих трубопроводів насосів..………………....

13

1.6. Розрахунки розгалужених водопроводів ………………………...…

15

1.7. Розрахунки кільцевих трубопроводів ……………………………....

17

Приклади розв'язання задач ……………………………………………...

19

Приклади для самостійної підготовки ………………………………......

29

2. Рівномірний рух рідини у відкритих руслах …...….

34

2.1. Визначення елементів живого перерізу потоку і допустимих середніх швидкостей течії ………………………………………………......


34

2.2. Задачі для розв'язання ……………………………………………..…

37

2.3. Формула Шезі ……………………………………………………...…

38

2.4. Формула для визначення коефіцієнта Шезі ………………………...

38

2.5. Розрахунки русел при відомій глибині або середній в перерізі швидкості протікання потоку ………………………………………….....


42

2.6. Задачі для розв'язання ……………………………………………......

43

2.7. Визначення нормальної глибини і середньої в перерізі швидкості потоку ………………………………………………………………...........


46

2.8. Задачі для розв'язання ……………………………………………......

51

2.9. Розрахунки русла гідравлічного найвигіднішого профілю ……......

54

2.10. Задачі для розв'язання ……………………………………………....

55

2.11. Розрахунки каналів ………………………………………………....

59

2.12. Задачі для розв'язання ……………………………………………....

59

Додатки (1 - 49) ……………………………………………………..…

61

^ Список літератури ……………………………………………..…

90

ВСТУП

Призначення навчально-методичного посібника - допомогти студентам, які вивчають інженерну гідравліку, придбати навички застосування теорії у вирішенні конкретних задач, засвоїти методику гідравлічних розрахунків.

Навчально-методичний посібник містить різні за тематикою та ступенем складності приклади, які відтворюють основні розділи курсу інженерної гідравліки. Наведено основні формули й довідкові дані, необхідні для розв’язання прикладів.

У додатках подано контрольні завдання, що використовуються для контролю знань студентів.


^ 1 Гідравлічні розрахунки напірних трубопроводів

П
ростий трубопровід – це трубопровід, що не має відгалужень і складається з труб однакового діаметра, виконаних з одного матеріалу. Рух рідини обумовлений напором, що відповідає різниці Н напорів резервуара, який постачає і приймає рідину, або різниці напорів у резервуарі живлення і струменя на виході з труби (рис. 1.1).


Прості трубопроводи діляться на довгі й короткі.

У короткому трубопроводі втрати напору за довжиною і місцеві втрати близькі за значенням. При гідравлічних розрахунках коротких трубопроводів враховують як місцеві втрати напору, так і втрати напору за довжиною. За розрахунковими параметрами і методиками розрахунків задачі поділяються на три групи:

1) визначення витрати О, якщо задані напір Н, довжина труби L і шорсткість труби, а також питома маса і в’язкість рідини V;

2) визначити напір Н при відомих – витраті Q, довжині L, діаметрі й шорсткості труби, а також питомій масі Р і в’язкості рідини V;

3) визначити діаметр d труби, якщо задані витрата Q, напір Н, довжина L та шорсткість труби, а також питома маса і в’язкість рідини.

Всі ці задачі вирішують за допомогою рівняння Бернуллі й рівняння нерозривності або суцільності руху V1W1=V2W2=VnWn.

У гідравлічно-довгому (або просто довгому) трубопроводі втрати напору за довжиною перевищують місцеві втрати, що суму  hм не розраховують, а приймають як частину втрат за довжиною.

При розрахунках визначають втрати за довжиною hдов, а на місцеві втрати беруть 5-10 % від втрат за довжиною.


^ 1.1. Розрахунки довгих трубопроводів постійного діаметра

Для вирішення будь-якої із поставлених задач записуємо рівняння Бернуллі для перерізів 1-1 і 2-2 (рис. 1.1). Виключаючи місцеві втрати та швидкісний напір, отримуємо

Н=hдов.

Виражаємо втрати напору через гідравлічний ухил hдов=, звідки

. (1.1)

Підставивши (1.1) до формули Шезі

. (1.2)

Вирішимо це рівняння відносно Н:

. (1.3)

Витрата рідини при рівномірному русі

. (1.4)

Поєднавши параметри, які залежать від розмірів (діаметра) труби, представляємо їх у вигляді витратної характеристики (модуля витрати):

. (1.5)

Витратна характеристика К являє собою витрату труби при гідравлічному ухилі, рівному одиниці.

Отримуємо

, (1.6)

. (1.7)

Нагадаємо, що при рівномірному русі гідравлічний і п’єзометричний ухили рівні.

Витрата Q і витратна характеристика К вимірюються в одних одиницях.

Визначити напір можна за формулою

, (1.8)

де

(1.9)

- питомий опір трубопроводу.

Питома втрата трубопроводу дорівнює напору, витраченому на одиницю довжини трубопроводу при витраті, рівній одиниці.

З урахуванням формулу (1.9) запишемо так:

, (1.10)

коли g =9,81 м/с2.

Ненові стальні й чавунні труби, які були в експлуатації за нормальних умов ("нормальні" труби) мають більшу шорсткість стінок, яку оцінюють середньою висотою виступу умовною шорсткістю   1,0 – 1,6 мм.

Нові чавунні труби характеризують середнім значенням   0,5 мм ; нові стальні труби мають середнє значення   0,45 мм.

Для води (з температурою 10о С) з використанням R екр за формулою



обчислені значення Vкр, при перевищенні яких йде квадратична область (табл.1.1).


Таблиця 1.1 - Швидкість V кв, м/с

Вид труб

Швидкість V кв, м/с, при діаметрах




50

100

200

300

400

500

600

1000

1400

Нові стальні

2,8

3,2

3,5

3,7

3,8

3,9

4,0

4,2

4,4

Нові чавунні

2,5

2,8

3,1

3,3

3,4

3,5

3,6

3,8

4,0

"Нормальні", що були в експлуатації


0,8


0,9


1,0


1,1


1,1


1,2


1,2


1,3


1,3


При турбулентному русі співвідношення коефіцієнта Шезі Скв у квадратичній зоні до коефіцієнта Шезі С у перехідній зоні позначається



згідно з дослідами Ф.А.Шевелєва для кожного виду труб залежить тільки від швидкості (при умові V – const.)

Виходячи з того, що ,

маємо .

Коефіцієнт дорівнює .

Значення коефіцієнтів і для нових стальних і чавунних труб, а також для "нормальних" труб наведені у додатку 1.

Оскільки , а , то

,

де Ккв – витратна характеристика в квадратичній області опору; К – витратна характеристика у будь-якій і перехідній області.

Тоді витрата рідини визначається

. (1.11)

З (1.7) з урахуванням (1.10) маємо

. (1.12)

При великій довжині трубопроводу формулу (1.11) застосовують у вигляді

, (1.13)

де L – довжина трубопроводу, км. Слід пам’ятати, що для Q і Ккв треба застосовувати однакові одиниці.

Значення Ккв, 1000/Ккв; Ккв/1000 наведені в додатках 2, 3, 4.

У квадратичній області опору , в перехідній області опору і .

Для вивчення факторів, що впливають на значення коефіцієнта , і теоретичної розробки проблем руху рідини в трубопроводах велику роль відіграли праці Л.Прандля, Т.Кармана, І.Нікурадзе.

Результати дослідів І.Нікурадзе надаються у вигляді графіка.

Розглядаючи цей графік, можна виділити чотири зони зі специфічною зміною коефіцієнта  залежно від Rе у кожній зоні.

^ Зона в’язкого опору (на графіку пряма 1). Ця зона відповідає ламінарному режиму. Всі експериментальні точки незалежно від відносної жорсткості лягають в логарифмічній системі координат на одну пряму, рівняння якої

. (1.14)

Таким чином, робимо експериментально висновок, що при ламінарному русі  залежить тільки від Rе, тобто  = f (Rе).

^ Зона гладкостінного опору (на графіку пряма). Потік у цій зоні перебуває в умовах турбулентного руху, коефіцієнт  не залежить від жорсткості і змінюється зі зміною Rе =f (Rе). Коефіцієнт  добре описується формулою Блазіуса:

. (1.15)

^ Зона доквадратичного опору (на графіку вона показана між прямою 2 і штриховою лінією ab). Коефіцієнт  тут залежить від / 2о і Rе, тобто =f (Rе / 2о).

Усі криві в цій зоні мають деякі западини, де  зі збільшенням Rе дещо зменшується, а далі знову зростає.

^ Зона квадратичного опору (вправо від штрихової лінії ab). Коефіцієнт  тут залежить від / 2о, тобто =f (/ 2о). Отже, коефіцієнт  залежить тільки від відносної жорсткості і не залежить від числа Rе, що означає автомодельність. Коефіцієнт опору для цієї зони описується формулою

. (1.16)


Приклад 1. Визначити витрату води, яка проходить по трубопроводу довжиною L=3200 м, діаметром d=0,25 м, при напорі Н=10 м (рис. 1.1).

Розв’язання. Розрахуємо значення гідравлічного ухилу

.

За додатком 30 знаходимо, що витратна характеристика для квадратичної зони для нормальної труби діаметром 250 мм дорівнює Ккв =616,4 л/с.

Вважаючи, що зона опору квадратична, маємо

.

Перевіримо, чи справді зона квадратична. Визначимо швидкість

,

де - витрата в м3/с, діаметр у м.

Порівняємо отриману швидкість V=0,7 м/с з квадратичною знайденою у додатку 1 Vкв=1,05 м/с, маємо VVкв, тобто наші припущення не підтвердилися.

Вводимо поправку до значення витрати. За допомогою додатку 1 і середньої швидкості 0,7 м/с для нормальних труб маємо .

Тоді витрата

.


Приклад 2. Визначити напір, необхідний для проходу витрати Q=1 м/с по трубопроводу діаметром d=1,2 м. Труби нормальні при довжині L=25 км (схема на рис.1.1а).

Розв’язання. Знайдемо напір, вважаючи, що зона опору – квадратична формула (1.12). Для вказаних умов за додатком 2 знаходимо

.

Тоді при маємо

.

Визначаємо середню швидкість

.

Знаходимо значення Vкв за додатком 1 Vкв=1,3. Бачимо, що VVкв, знаходимо поправочний коефіцієнт 1,01. Тоді

.


^ 1.2. Розрахунки трубопроводу з послідовно з’єднаних труб

Розглянемо систему послідовно з’єднаних труб різних діаметрів і довжини. Взагалі матеріал труб може бути різним. Система з’єднує два резервуари (рис.1.3).


Рис. 1.3



Задані витрата Q, діаметри труб, довжина ділянок. Витратні характеристики беремо з додатку 2.

По трубопроводу, який складається з послідовно з’єднаних труб, протікає незмінна за довжиною транзитна витрата Q. На кожній ділянці трубопроводу для пропускання витрати Q витрачається напір Н:

, (1.17)

де і=1,2,3... n- номер ділянки трубопроводу.

Місцевими втратами нехтуємо, напір Н, який затрачують на подолання втрат напору за довжиною, дорівнює сумі втрат напору на окремих ділянках:

.

Враховуючи (1.11), при постійній витраті Q

(1.18)

або

, (1.19)

де Аі – питома втрата і-ї ділянки з урахуванням зони опору.


Приклад 3. Визначити втрату води, що подається по трьох послідовно з’єднаних трубах з лівого резервуара (рис. 1.3) при наступних даних: напір Н=18 м труби нормальні, d1=300 мм; d2=200 мм; d3=150 мм; довжина ділянок L1=300 м; L2=900 м; L3=600 м.

Згідно з (1.17) витрата дорівнює

.

За допомогою додатку 2 знаходимо значення 1000/К2кв для нормальних труб діаметром 300, 200 і 150 мм. Відповідно отримуємо

; .

Приймемо, що зона опору на всіх трьох ділянках буде квадратичною, тобто коефіцієнти



При цих умовах знайдемо витрату

.

Площі живих перерізів w приймаємо з додатку 2: w1=7,07 дм3; w2=3,14 дм3; w3=1,767 дм3.

Тоді середня швидкість

;

;

.

Згідно з додатком 1 бачимо, що в третій трубі зона опору квадратична і , а в трубах 1 і 2 значення швидкості менші квадратичних, тоді з додатку 1 знаходимо і .

З урахуванням коефіцієнтів отримуємо

.


^ 1.3. Розрахунки паралельно з’єднаних труб

При паралельному з’єднанні довгих трубопроводів між точками М і N проходять декілька трубопроводів (рис.1.4).

Задані витрата Q, довжина, діаметри, матеріал труб і витратні характеристики.





Рис. 1.4



Різниця п’єзометричних напорів на початку і в кінці труб складає напір Н. На кожній дільниці труби вода рухається під дією однакового напору. Але у зв’язку з різною довжиною ділянок гідравлічні ухили будуть різними:

,

де і – номер ділянки труби.

Витрата на будь-якій ділянці

(1.20)

або

. (1.21)

Сума витрат на окремих ділянках має відповідати загальній витраті, що надходить у вузлові точки М і N:

. (1.22)

Таким чином маємо n+1 рівняння: n рівнянь (1.19) і рівняння (1.21).

Можемо знайти напір Н і витрату Q в кожній з паралельно з’єднаних ділянок

(1.23)

або

. (1.24)

Розподіл витрати між окремими ділянками невідомий. Тому всі витрати на ділянках виражаємо через який-небудь один, наприклад Qі. Тоді маємо

(1.25)

або

. (1.26)

Підставивши (1.25) у (1.21) знайдемо витрату Qі, а далі й інші витрати.

При розрахунках вважаємо, що зона опору на всіх ділянках квадратична, тобто , а К=Ккв. Знаходимо Q і Н і середню швидкість на ділянці Vкв. Якщо необхідно, вносимо поправки і визначаємо Н і Q.

Можливе також використання інших формул.

Втрати опору за довжиною при постійному діаметрі визначаємо так:

, (1.27)

де Sо – питомий опір, який визначається

, (1.28)

що відповідає формулі (1.10) і позначений буквою А.

При послідовно з’єднаних трубопроводах з різними діаметрами, довжиною, витратами втрати опору знаходимо як суму втрат на окремих ділянках:

.

При паралельному з’єднанні трубопроводів із загальними вузловими почтами на початку і в кінці втрати опору однакові, а сума витрат рівна загальній витраті:

Q1+Q2+Q3+...+Qn ,

,

. (1.29)


^ 1.4. Розрахунки трубопроводів з безперервною зміною витрати за

довжиною

Зустрічаються випадки, коли на протязі трубопроводу йде роздавання частини витрати, до того ж відбір рідини споживачами відбудувається у декількох перерізах за довжиною трубопроводу. До таких трубопроводів відносяться міські й сільські водопроводи, поливочні трубопроводи.

Найпростішою схемою при розрахунках таких трубопроводів є безперервна зміна витрати. При такій схемі на кожній одиниці довжини витрата у трубопроводі змінюється на Qp/L в середньому.

Розглянемо трубопровід з неперервним зменшенням витрати по шляху, тобто Qp. Крім витрати Qр, яка змінюється від Qp на початку до нуля у кінці водопроводу, взагалі по трубопроводу може проходити і транзитна витрата Qт. Тоді на початку витрата буде Qт +Qp, а в кінці Qт (рис. 1.5).

Втрати напору в трубопроводі з безперервною роздачею при деяких спрощеннях.

Виділимо на відстані Х від початку ділянки переріз М, витрата в якому Qм менша ніж на початку ділянки:

. (1.30)





Рис. 1.5



Гідравлічний ухил у і-му перерізі визначаємо як

. (1.31)

Враховуючи формулу (1.30), отримуємо

.

Після інтегрування і спрощення маємо

. (1.32)

Приблизно можемо мати

.

Введемо поняття "розрахункова витрата" Qроз:

Qроз=Qт+0,55Qр.

Тоді замість (1.32) запишемо

. (1.33)

Якщо Qр=0, тоді Qроз=Qт; якщо Qт=0, тоді Qроз=0,55 Qр, якщо Qт0 і Qр0, тоді Qроз=Qт+0,55Qр.

Якщо транзитна витрата відсутня, то

. (1.34)


^ 1.5. Розрахунки всмоктувальних трубопроводів насосів

Всмоктувальна лінія насоса має невелику довжину, на якій є декілька місцевих опорів: запобіжна сітка зі зворотнім клапаном, декілька колін, засувка.

Вихідні дані для розрахунку всмоктувальної лінії: схема всмоктувального трубопроводу, його довжина, конкретні дані про місцеві опори, подача насоса Q, припустима вакууметрична висота, при якій відсутня кавітація (рис. 1.6).


Рис. 1.6



Розрахунок всмоктувальної лінії ведуть з використанням рівняння Бернуллі й рівняння нерозривності руху. Запишемо рівняння Бернуллі для перерезів 1-1 і 2-2 відносно площини порівняння 0-0 (рис. 1.6):

, (1.35)

звідки

. (1.36)

Якщо задається Q, підібравши значення швидкості V, можемо знайти

.


Таблиця 1.2 - Швидкість руху рідини у всмоктувальному трубопроводі

Діаметр труби, м

Швидкість руху води, м/с

Всмоктувальний

Напірний

до 0,25

0,7-1,0

1,0-1,5

0,3-0,8

1,0-1,5

1,2-2,0

більше 0,8

1,5-2,0

1,8-3,0


Приймаємо стандартний діаметр трубопроводу, перевіряємо середню швидкість і використовуємо її для подальших розрахунків.

Припустима висота всмоктування hвак не перевищує hвак=67 м.

Висота установки насоса повинна бути менше hвак на (V2/2d) (+ ), де  = м + .

За допoмогою рівняння Бернуллі можна знайти hвак у трубі всмоктування, якщо відома висота всмоктування.


^ 1.6. Розрахунки розгалужених трубопроводів

Водопровідні мережі, по яких вода подається до споживача, діляться на розгалужені (тупикові) й кільцеві (рис. 1.7 а, б).



Рис. 1.7



Розгалужені мережі складаються з магістральної лінії і відгалужень від вузлів мережі, які можуть складатися з однієї лінії (прості відгалуження), або декількох ділянок трубопроводів (складні відгалуження).

Розрахункові схеми бувають двох видів:

1) позначка п’єзометричної лінії на початку мережі не задана;

2) позначка п’єзометричної лінії на початку мережі не задана.

Розрахунки за першою схемою. Позначка п’єзометричної лінії.

Спочатку треба вибрати магістральну лінію. Вона повинна з’єднувати водонапірну башту з одним з останніх вузлів. Магістральна лінія має найбільшу довжину, по ній проходить найбільша витрата, ніж по інших лініях. За кінцевий вузол частіше приймають вузол з найбільшою геодезичною позначкою.

Після вибору магістралі визначаємо розрахункові витрати по всіх ділянках мережі. При цьому необхідно враховувати зосереджені й рівномірно розподілені витрати.

За розрахованими витратами визначають діаметри ділянок трубопроводів з використанням таблиць Ф.А.Шевелєва.

У додатку 3 наведені середні швидкості й максимальні витрати для стальних труб.

Порівнючи розраховані витрати з граничними, назначаємо відповідні діаметри труб на кожній ділянці й середні швидкості на ділянках. Далі знаходимо втрати напору по довжині кожної ділянки магістралі:

. (1.37)

Коефіцієнт О2 показує збільшення втрат напору в перехідній області опору і залежить від середньої швидкості .

При розрахунках відомі геодезичні позначки поверхні землі у вузлах мережі, матеріал труб, довжина всіх ділянок мережі, зосереджені витрати у вузлах мережі (вузлові втрати) і витрати, що неперервно роздаються на відповідних ділянках. Відомі мінімальні вільні напори в кінцевих та інших вузлах мережі. Питомий вільний напір hвіл при розрахунках беруть з нормативних документів. Мінімальний вільний напір в мережі при господарсько-питному водоспоживанні на вводі у будівлю над поверхнею землі повинен прийматися при одноповерховій забудівлі не менше 10 м, при багатоповерховій забудівлі на кожний наступний поверх додають 4 м.

Магістральна лінія являє собою ряд послідовно з’єднаних ділянок. Тому напір, що витрачається при русі води по магістралі

.

Позначка п’єзометричної лінії в останньому вузлі магістралі

к=к+hвіл.к.min, (1.38)

де к – геодезична позначка поверхні землі у останньому вузлі,

hвіл.к.min – мінімальний вільний напір у цьому вузлі.

Позначка п’єзометричної лінії на початку магістралі ((позначка рівня води у водонапірній башті (точка С на рис. 1.7)).

с=к+. (1.39)

Вільний напір на початку мережі (висота водонапірної башти над поверхнею землі у точці е)

hвіл е=с- zе, (1.40)

де Zе – геодезична позначка поверхні землі в точці е.

Треба перевіряти, щоб вільні напори у вузлах були більші, ніж hвіл.min, рекомендовані нормами.

Розрахунки відгалужень проводимо при відомих позначках п’єзометричної лінії (отриманої при розрахунках магістралі). На початку відгалуження н, геодезична позначка поверхні землі на початку Z і в кінці Zк відгалуження. Відомі також розрахункові витрати, матеріал і довжина труб, необхідний мінімальний вільний напір в останньому вузлі hвіл.к.

Тоді позначка п’єзометричної лінії в кінці відгалуження

к=Zк+hвіл.к.. (1.41)

Максимальний напір для подолання опору у відгалуженні

Нвід.=н-к. (1.42)

При простому відгалуженні максимальний ухил

. (1.43)

Тоді витратна характеристика

. (1.44)

Знаходимо за значенням К ближній більший діаметр додаток, отримаємо втрати напору за довжиною у відгалуженні:

. (1.45)

Далі визначаємо позначку п’єзометричної лінії к=н+hдов.і вільний напір на кінці відгалуження hвіл.к., який не може бути меншим ніж рекомендований нормами hвіл.к. без обґрунтування. Вибраний за значеннями ближчий діаметр забезпечує гідравлічний ухил, менший ніж

,

тобто hвіл.к.hвіл.к.min.

При складних відгалуженнях, які складаються з n ділянок, середній гідравлічний ухил

. (1.47)

Витратна характеристика на кожній ділянці

. (1.48)

Взагалі, витратна характеристика на кожній ділянці не буде рівною К (додаток 2), тобто необхідно вибрати між ближнім меншим d11Кі) і більшим d22Кі) діаметрами на кожній ділянці, розглядаючи різні комбінації цих діаметрів. Таких комбінацій буде 2n. Якщо на всіх ділянках прийняти тільки більші діаметри, втрати опору будуть менші, ніж визначені за умов задачі Нвід , тоді вартість труб буде найбільшою.

Якщо на всіх ділянках прийняти тільки менші діаметри, вартість труб буде найменшою, але втрати напору перевищать Нвід. При цьому hвіл.к. може бути менше hвіл.min або навіть hвіл.min.=0. Але такі варіанти недопустимі.

При необхідності до розрахунків вводять поправки на неквадратичність опору.


^ 1.7. Розрахунки кільцевих трубопроводів

Кільцеві водопровідні мережі являють собою замкнуті суміжні контури, або кільця. Такі мережі мають більшу надійність, ніж розгалужені. У кільцевих мережах виведення з ладу декількох ділянок може бути компенсовано подачею по паралельних і обхідних лініях.

Розрахунки кільцевих водопровідних мереж є складним завданням, що враховує не тільки трубопроводи, а всі споруди ( насосні станції, резервуари, водонапірні башти).

Вихідними відомостями кільцевої мережі є загальна конфігурація мережі, топографія місцевості, довжина ділянок, матеріали труб.

Визначають направлення руху води (початковий розподіл потоків). При цьому повинен забезпечуватися перший закон Кірхгофа, тобто рівність нулю суми витрат, які надходять до вузла (додатні) і які виходять з вузла (від’ємні):

SQі=0. (1.49)

Втрати опору в кільцях повинні задовольняти другий закон Кірхгофа, тобто алгебраїчна сума втрат опору в кожному кільці має бути рівна нулю:

Shі-к=0, (1.50)

де hік – втрата опору на і ділянці і к вузлам.

Знаючи секундну витрату і загальну довжину всіх ділянок, знаходимо питому витрату на одиницю довжини трубопроводів:

(л/с на м). (1.51)

Витрату води окремими ділянками називають шляховою витратою. Шляхова витрата кожної ділянки – це добуток питомої витрати і довжини ділянки:

Qшлях=gпит Lділ , л/с. (1.52)

Вузлова витрата дорівнює півсумі шляхових витрат ділянок, які примикають до вузла:

Qвуз=0,5  Qшлях, , л/с. (1.53)

Для перевірки необхідно скласти всі вузлові витрати, які повинні дорівнювати секундній витраті:

 Qвузл =Qсек . (1.54)

Для кожного кільця рух по годинниковій стрілці – додатний, а проти – від’ємний.

Після розподілу витрат води по ділянках визначаємо діаметри ділянок мережі. При цьому орієнтуються на рекомендовані економічні витрати і швидкості (додаток 4).

Швидкість руху води визначають за таблицями Ф.А.Шевелєва або виходячи з рівняння нерозривності струменя:

. (1.55)

Після виконання вищевказаних операцій приступаємо до розрахунку мережі, тобто знаходимо втрату опору по кожній ділянці. Для цього використовуємо залежність

h=A L K g2,

де g – секундна витрата для ділянки мережі, л/с;

А – коефіцієнт шорсткості, залежно від діаметра при витраті в л/с (додаток 5);

L – довжина ділянки, м;

К – коефіцієнт швидкості (додаток 6).

Розрахунок кільцевої мережі складається з того, що втрати опору в кожному кільці по ходу і проти стрілки годинника повинні бути рівними,  (+h) =  (-h). Їх різницю називають нев’язкою мережі, що повинна вона бути не більше 0,5 м.вод.ст.

Розрахунок зводиться до форми, наведеній у табл. 1.3.

Найбільш поширеним способом розрахунків кільцевих водопровідних мереж є метод Лобанова-Кросса. Суть цього метода в послідовному виправленні витрат попереднього розподілу потоків по всіх ділянках мережі з доведенням їх до дійсних за значенням нев’язких втрат h у кожному кільці.

При цьому виправлення витрат на ділянках здійснюється зменшенням витрат на перевантажених ділянках і збільшенням на недовантажених ділянках, рахуючи втрати опору напору на ділянках з рухом води за годинниковою стрілкою зі знаком плюс і проти годинникової стрілки зі знаком мінус. Поправочна витрата для ділянок кожного кільця визначається залежно від величини нев’язки по кільцю h за формулою.

.


^ Приклади розв'язання задач

Приклад 1.1. Визначити діаметр трубопроводу для витрати Q=15л/с води від водонапірної башти В до підприємства А при довжині трубопроводу l=1000м, позначці рівня води в башті Нв=32,00м, геодезична позначка у кінці водоводу Zа=2,0м, вільний напір Нвіл12,00м, якщо труби:

а) сталеві; б) азбестоцементні; в) поліетиленові.




Рис. 1.8




Схема розподілу потоків кільцевої мережі


Таблиця 1.3




кілець



ділянок

Довжина

ділянки L,М

Питомий опір А при g в л/с

Поперечний розподіл потоків

1-е виправлення

Витрата,

g, л/с

Швидкість V, м/с

Поправ-ковий коефіц.К с26

S=A L K, с22

Sg,

с/м2

h=Sg2

g,л/с

g, л/с

Sg,

с/м2

h1=Sg2,

м














































































































































































































































































































































































































































































































































































































Розв’язання:

Із формули Нн-Нк=S0*Q2L знайдемо питомий опір труби:

,

На=Zа+Нвіл=2+12,0=14,0.

За таблицею (додаток 8) приймаємо діаметр водоводу d=150мм, якому відповідає S0=45 см22.

Напір у кінці водоводу складатиме:

Нвіл=На-Zа=21,9-2=19,9м >12,00м.

Для зменшення запасу у вільному напорі розбиваємо трубопровід на дві ділянки з діаметрами. Приймаємо діаметри d1=150мм и d2=12,5мм (S0=106сек22) і позначимо довжини ділянок l1 і l2=l-l1:

Нв-На=S01*V2*l1+S01*Q2(l-l1)

або 32-14=45*0.0152*l1+106*0.0152(1000-l1),

звідки l1=425м.

При азбестоцементних поліетиленових трубах розрахунки ведемо за аналогією, але після підбору діаметра треба перевірити швидкість води в трубі , з урахуванням якої складені таблиці в додатках 8, 9.

Приклад 1.2. Ємкість, об’єм якої складає W=25м3, заповнюють водою по трубі діаметром d=150мм і довжиною l=80м. На трубі є два вентилі (в=12) і чотири коліна без закруглення (кол =1,5). Коефіцієнт гідравлічного тертя =0,03. Визначити час заповнення ємкості з бака водонапірної башти при напорі Н=10м. Шорсткість стінок труби =0,5мм.





H


d.l


W


Рис. 1.9

Розв’язання:

Пропускну можливість трубопроводу, який іде від напірної башти, з урахуванням місцевих опорів визначаємо за формулою



де К – витратна характеристика і при d=150м, шорсткості стінок

К2=34103л22 (додаток 10);

пр – приведена довжина труби, тобто довжина труби з урахуванням еквівалентних довжин місцевих опорів пр=.

2-х вентилів – екв=2,

4-х колін -=4.

Тоді пр=80+120+30,0=230м.

Витрата труби

.

Час, необхідний для поповнення ємкості;

.


Приклад 1.3. З резервуара, в якому є тиск Р0=1,3атм, вода подається у відкритий бак по трубопроводу, який складається з двох: діаметр першого d1=200мм і довжиною 1=200м, і другий d2=100мм і 2=500м. Визначити, яку різницю рівнів води треба мати, щоб забезпечити витрату Q=12,4л/с. При розрахунках шорсткість стінок труб =0,5мм, коефіцієнт гідравлічного тертя =0,03, коефіцієнт опору вентиля=10.


Р0


Z


d1 l1 d2 l2

Рис. 1.10


Розв’язання:

Напір, який необхідно мати для забезпечення роботи водоводу:



Еквівалентна довжина вентиля:

для першої ділянки

;

для другої ділянки:



Витратні характеристики (додаток 10): перша ділянка: d1= 200мм; =0,5; К21=155456л22, друга ділянка: d2=100мм; =0,5мм; К22=3973л22.
  1   2   3

Схожі:

Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства о. О. Воронков, Т. Б. Воронкова
Харківська національна академія міського господарства, вул. Революції, 12, Харків, 61002 Електронна адреса: rectorat@ksame kharkov...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства писаревський Ілля Матвійович
...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для бакалаврів 4-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для спеціалістів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Безпека на транспорті” (для студентів 2 курсу денної форми кваліфікаційного рівня бакалавр галузі знань 1702 “Цивільна безпека” напряму...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Охорона праці ” (для бакалаврів 4-го курсів заочної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації “Охорона...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки до проведення практичних занять
Безпека на транспорті” (для студентів 2 курсу денної форми кваліфікаційного рівня бакалавр галузі знань 1702 “Цивільна безпека” напряму...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Конспект лекцій з дисципліни “Пожежна безпека” (для студентів денної форми навчання напряму підготовки 050702 – «Електромехінка»...
Харківська національна академія міського господарства iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Конспект лекцій з дисципліни “Основи пожежної безпеки” (для студентів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво»”...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи