Гидравлический расчет самотечных трубопроводов

Гидравлический расчет самотечных трубопроводов сводится к определению d, i, h/d, v при известном расходе ст. вод для установившегося и равномерного движения. Гидравлический расчет производится с учетом технико-экономических показателей проектирования и строительства и др. условий.

В настоящее время предлагается две методики гидравлического расчета. Первая методика справедлива для области вполне шероховатого трения турбулентного режима.

Вторая методика применяется для всех трех областей турбулентного режима: гладких труб, вполне шероховатых и в переходной области между ними. Так как водоотводящие сети в основном работают в области вполне шероховатого трения, то результаты расчета по обеим методикам получаются практически одинаковыми.

Первая методика

1. Формула постоянства расхода

q = Q * v

2. Формула Шези (справедлива для всех сечений труб и коллекторов за счет применения R вместо D)

v = С

3. Коэффициент Шези (формула Павловского Н. Н. справедлива для области вполне шероховатого трения и 0, 1 < R < 3).

С = (R^у)/n.

y = 2, 5 n– 0, 75 R ( n – 0, 1) – 0, 13.

При 0, 1 < R < 1 у ~ 1, 5 n

       1 < R < 3 у ~ 1, 3 n

Известна формула Маннинга для определения С, где у = 1/6.

 – площадь живого сечения потока;

v – средняя скорость движения воды;

R – гидравлический радиус,

R =  / ,

(капа) – смоченный периметр сечения коллектора;

i – уклон лотка, равный гидравлическому уклону при равномерном движении, где

 

 

I = hl/l

n – коэффициент шероховатости, зависит от состояния стенок русла n = 0, 012 – 0, 015 для коллекторов и труб и 0, 02 – 0, 03 – для земляного русла.

Вторая методика

 

1.                                                       q =  * v

2. Формула Дарси

3. Формула Н. Ф. Федорова ( справедлива для всех трех областей турбулентного

режима)

 

- коэффициент гидравлического трения;

 э – эквивалентная абсолютная шероховатость, зависит от поверхности трубопроводов (материала труб), = 0, 005(полипропилен) – 3, 0(бетонные и ж/б каналы) [Алексеев, Карамзинов, Курганов и др.];

а₂ – коэффициент, учитывающий характер шероховатости труб (зависит от материала труб); а₂ = 20 – 130 [табл. 3.5, Алексеев, Карамзинов, Курганов];

Re – число Рейнольдса  

Re = (4R*v)/ ,

- кинематический коэффициент вязкости.

Обе методики связаны соотношением

С = (8g/ )^{0, 5} или С² = 8g/ ,

с помощью которого формула Дарси превращается в формулу Шези. По первой методике рассчитаны таблицы Лукиных, по второй – таблицы Федорова Н. Ф., Волкова Л. Е. (Гидравлический расчет канализационных сетей. Стройиздат. 1968.)

Для расчёта гидравлического радиуса R и площади живого сечения  применяются тригонометрические функции в зависимости от наполнения h/d.

                                  , рад

;

;

Ширина поверхности воды в трубопроводе:

В = 2d

Местные потери напора – по формуле Вейсбаха

h_м = v²/2g,

где -коэффициент местного сопротивления (приводится в справочной литературе).

Минимальная, самоочищающая или незаиливающая скорость определяется по формуле Н. Ф. Федорова:

                                     V_н = А  ,

 где А = 1, 44; m = 4, 5 + 0, 5 R с учетом корректировки М. И. Алексеева.

С.В. Яковлев предложил учитывать гидравлическую крупность частиц песка:

                                   V_min = 12, 5U_oR^{0, 2}

В. И. Калицун ввёл в формулу коэффициент Шези, с помощью которого опосредованно учитывается влияние коэффициента шероховатости n.

                                    V_min = U_oC/

М. И. Алексеев предложил самоочищающую (размывающую) скорость находить по формуле:     

                                     V_min = 1, 47R^{1, 33у},

для U_o = 0, 095 м/с, n = 0, 014, с учетом скорости размыва осадка, равной гидравлической крупности, увеличенной в 1, 4 раза,

где у – из формулы коэффициента Шези (С =(R^у)/n).

При наполнении h ≥ 0, 6D.

D, мм      200 250 300 350 400 500 600 700 800 1000 1200 1600 2000 3000 

V min, м/c 0, 75 0, 79 0, 83 0, 87 0, 9 0, 95 0, 99 1, 03 1, 06 1, 11 1, 16 1, 24 1, 3 1, 41 

При наполнении h < 0, 6D минимальные скорости снижаются

  h/d   1÷ 0, 6 0, 55 0, 5 0, 45 0, 4 0, 35 0, 3 0, 25 0, 2 0, 15 0, 1   

1   0, 99 0, 97 0, 96 0, 95 0, 94 0, 93 0, 9 0, 86 0, 82 0, 76 

Полученные минимальные скорости больше, чем сниповские, до Ø 800 и меньше - при больших диаметрах. Однако расхождения незначительные:

 

 D, мм        150-200 300-400 450-500 600-800 900 -1200 1500 > 1500  

 V min, м/c   0, 7     0, 8       0, 9       1           1, 15      1, 3     1, 5   

 

Минимальные уклоны можно получить из формул Калицуна В. И. и Шези:

                                         i_min=U_o /( Rg).

Если принять U_o = 0, 05 м/с, R для трубы с h /d =0, 5 ( для d до 500 мм), то

                                         i_min = d^-1,

где d в мм.

Обобщенная формула для всех диаметров:

                                         i_min = /d.

d(мм)   500 600-800 1000-2000 1400  1600  2000   

               1       1, 1     1, 3         1, 5     1, 7     2, 0

Минимальный уклон можно найти по формуле Дарси с минимальной скоростью.

 

             

Последовательность гидравлического расчета сети

1. Принимаются: d, i, h/d, n.

2. По h/d определяется R.

3. Определяем у, С, V и q по известным формулам.

4. Если полученный расход не совпадает с расчетным (данным), то изменяется h/d и расчет выполняется заново с п. 2.

5. Если нельзя увеличить h/d – изменяется d или уклон i.

По этой методике составлены программы для расчета на ЭВМ.

 

                     Ограничения на параметры потока сточной жидкости

1. Минимальные диаметр и уклон уличной сети:                      

     для хоз. бытовой сети по СНиП – 200 мм. – i = 0, 007 (0, 005)[0, 0059 – по Алексееву М.И.];    

   для дождевой сети по СНиП – 250 мм.                                                                                   

2. Уклон трубы должен обеспечивать скорость: V ≥ V_min.               

3.  Максимальная скорость движения воды

для хоз. бытовой сети:                                                                           

 для неметаллических труб V_max = 4 м/c;                                               

для металлических труб V_max = 8 м/c.                 

       для ливневой и общесплавной сетей:                                                                  

для неметаллических труб V_max = 7 м/c;                                                 

для металлических труб V_max = 10 м/c.

По предложению Алексеева М.И., из условия волнообразования при h/d ≤ 0, 6, максим. скорости находятся из неравенства:

                                  Fr_o < Fr_у.

Формула числа Фруда для неустойчивого потока:

                                  ={1, 5/(1– 2Rd/(B²))}²;

                      = v²B/(g ),

где В – ширина поверхности воды в коллекторе.

Желательно придерживаться максимальных наполнений, что обеспечивает максимальную пропускную способность труб и отсутствие волновых эффектов, способствующих разрушению трубопроводов.

 

    

ЛЕКЦИЯ 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДООТВОДЯЩЕЙ СЕТИ

 

Глубина заложения сети

Глубина заложения влияет на стоимость сети. Чем меньше глубина заложения сети, тем меньше ее стоимость.

При строительстве открытым способом (в траншеях) эта глубина колеблется в пределах минимальной и максимальной глубин: h_min ≤ h ≤ h_max.

При строительстве закрытым способом (методом щитовой проходки и т. д.) глубина не ограничивается ( в Санкт–Петербурге h_max = 15 – 75 м).

Минимальная глубина

Назначается с учетом:

1) механической прочности труб;

2) глубины промерзания грунта;

3) присоединения внутриквартальной сети.                      

 

1) h_min = 0, 7 + d, м;                                                                        

2) h_min = h_пр – 0, 3 (0, 5)  0, 7 + d, м;

3) h_min = h_пр – 0, 3 + h + d + z, м.

Максимальная глубина.

Зависит от вида и влажности грунта:

1) в скальных породах: 4 – 5 м;

2) в мокрых плывунах: 5 – 6 м;

3) в сухих нескальных: 7 – 8 м.

В местах максимальной глубины устраивают насосные станции подкачки.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: