КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Принципы и методы определения диаметров водопроводных линий и потерь напора в них
Определение диаметров труб водопроводных линий – это одна из главных задач расчета и проектирования систем водоснабжения. Основой для расчета диаметра служит заданный максимальный расход воды в трубе. Для водопроводной сети с водонапорным резервуаром – это наибольшее часовое потребление , для водоводов и безбашенных водопроводов – это наибольшая часовая подача . Из гидравлики известно соотношение для расхода , м3/с, где для круглого трубопровода - площадь проходного сечения, м2, w – скорость воды в трубопроводе, м/с. Тогда . (4.1) Так как здесь известен только расход Q и неизвестны скорость w и диаметр D, то какой-то величиной необходимо задаться. При постоянном значении расхода Q=const можно задаваться: скоростью w – в любых пределах; диаметром D – в пределах выпускаемого промышленностью сортамента труб. Рассмотрим влияние выбора этих параметров на приведенные затраты при сооружении систем водоснабжения. Пусть нам необходимо подавать воду в количестве Q, м3/с, по напорному водоводу длиной l, м, на геометрическую высоту H 0, м. Насос должен развивать напор необходимый для подъема воды и преодоления гидравлических сопротивлений в водоводе. Общие потери напора в трубопроводе складываются: а) из потерь на преодоление сил трения h тр – потери по длине; б) из потерь сосредоточенных в отдельных местах h м – местные потери. Эти потери могут быть вычислены по известным формулам Дарси-Вейсбаха: , м; (4.2) , м, (4.3) где Vтр, Vм – коэффициенты сопротивления по длине и от местных препятствий; lтр – коэффициент гидравлического трения. Общие гидравлические потери в водоводе определяются суммой: , м. (4.4) Необходимый напор насоса составит , м, то есть он прямо пропорционален квадрату скорости – H н~ w 2.
Мощность насоса для подачи воды определяется соотношением , кВт, (4.5) то есть мощность, следовательно, и потребление энергии прямопропорциональны квадрату скорости потока воды в трубах – N н~ w 2. Например, изменение скорости с w =1м/с до 1,4 м/с увеличивает потребляемую мощность в 2 раза. Обозначим: С стр – стоимость строительства системы водоснабжения, которая напрямую зависит от выбранного диаметра трубопроводов; С экс – стоимость эксплуатации системы за год, которая на 70-75% состоит из затрат на электроэнергию. Так как приведенные затраты Зприв определяются суммой строительных и эксплуатационных затрат условно приведенных к одному году, то их взаимозависимость можно проиллюстрировать графически (см. рис.4.2).
Рис.4.2. Зависимости затрат на систему водоснабжения при Q=const и различных значениях диаметра труб и скорости воды
Чем больше диаметр трубопровода D, тем выше строительные затраты С стр и меньше затраты энергии на перекачку С эксп. Следовательно существует экономически наивыгоднейший (оптимальный) диаметр D опт для каждого значения расхода воды Q. Аналогично, если увеличивать скорость воды в трубопроводе, то при Q=const будет уменьшаться диаметр и, следовательно, уменьшаться затраты на строительство С стр и возрастать энергозатраты С эксп. Это доказывает существование экономически оптимального значения скорости wопт. На основе обобщения опыта и многочисленных технико-экономических расчетов получена формула для расчета D опт в зависимости от расхода и экономического фактора Э=0,5¸1, учитывающего стоимость труб, условия и способ их прокладки, стоимость энергии и т.п.[2, 3]. Там же приведены таблицы "предельных экономических расходов" с уже вычисленными стандартными значениями D опт для труб из различных материалов, которые значительно облегчают расчеты.
Эти же расчеты показали, что значения экономически оптимальной скорости обычно находятся в пределах w опт=0,7-1,5 м/с. Меньшие значения скорости – для труб малых диаметров и, соответственно, большие – для бóльших труб. Задаваясь значением w опт по уравнению (4.1) вычисляется оптимальный внутренний диаметр трубы , по значению которого затем подбираем ближайшую стандартную трубу. Этот метод удобно использовать при отсутствии таблиц "предельных экономических расходов". После выбора диаметров определяются потери напора в трубах. Для этих расчетов можно воспользоваться формулами Дарси-Вейсбаха (4.2) и (4.3). Необходимые коэффициенты находятся из справочников по гидравлическим расчетам. Более точные расчеты проводятся по эмпирическим формулам. Наиболее известны формулы Ф.А.Шевелева (ВНИИ ВОДГЕО) [2]. Они получены из опытов (проливок) с натурными водопроводными трубами и учитывают материал труб, их состояние (б/у, новые), режимы течения. Установлено, например, что в пластмассовых, стеклянных, новых стальных трубах при любых скоростях воды наблюдается переходный режим течения. В стальных б/у и чугунных: при w <1,2 м/с – переходный режим; при w >1,2 м/с – турбулентный (квадратичный) режим. Для этих режимов получены разные расчетные формулы [2, 3]. Например, для не новых стальных и чугунных труб, работающих в квадратичной области (w >1,2 м/с), удельные потери напора i, м/м, вычисляются по формуле: , (4.6) а при w<1,2 м/с . (4.7) Эти формулы использованы при составлении номограмм и таблиц, которыми удобно пользоваться при расчетах. Есть формулы и других авторов: Андрияшева М.М., Абрамова Н.Н. и др. Для облегчения расчетов потерь напора на участках сети используются упрощенные формулы Шевелева (полученные приближенной аппроксимацией), приведенные к виду [2]: , (4.8) где l – длина участка, м; q – расход воды на участке, м3/с (или л/с); d - поправка на режим течения; so – удельное сопротивление трубопровода. Значения d и so определяются по справочным таблицам в зависимости от диаметра трубы и скорости потока в ней.
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 1732; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |