Расчет системы водоснабжения

Необходимо: - Построить график нагрузки сети и установить параметры режимов – максимального водопотребления и максимального транзита, - Выбрать диаметры труб для участков сети, исходя из режима максимального транзита, - Выполнить внутреннюю увязку сети для двух указанных режимов,
- Построить пьезометрические графики сети и вычислить характеристики водопитателей.
График нагрузки сети Строится как сумма графиков потребления воды всеми потребителями. Режим максимального водопотребления соответствует часам максимальной нагрузки сети. В режиме максимального транзита нагрузки сети – минимально. Потребитель Расход, м3/с Геодезическая высота 0-6 6-12 12-18 18-24 1 0,02 0,08 0,05 0,03 3,5 2 0,01 0,13 0,09 0,03 5,0 3 0,04 0,10 0,12 0,05 1,5 4 0,02 0,04 0,05 0,01 4,0 5 0,02 0,07 0,07 0,03 5,5 НС 0,5 Б 10,5 ∑ 0,11 0,42 0,38 0,15 Qср – среднесуточная нагрузка системы определяется интегрированием графика нагрузки сети по времени =(Q0-6*6+Q6-12*6+Q12-18*6+Q18-24*6)/24=(0,11+0,42+0,38+0,15)/4= 1,06/4=0,265 м3/с Эта величина равна производительности насосной станции при условии, что в течении суток вода подается насосами равномерно. Поток воды в водонапорную башню при минимальной нагрузке сети Qсmin =0,11 м3/с (режим максимального транзита) QБ= QН – Qсmin=0,265 – 0,11 = 0,155 м3/с В часы максимального водопотребления башня отдает воду в сеть в количестве: QБ=Qcmax – QНС=0,42 – 0,265=0,155 м3/с, где Qcmax =0,42 м3/с – максимальная нагрузка сети
Выбор диаметров труб для участков сети Режим максимального транзита (Qс=min) является определяющим для выбора диаметров. Вначале задается начальное потокораспределение, которое удовлетворяет первому закону Кирхгофа. Для этого, рассматривая конфигурацию сети, как граф, рекомендуется построить дерево графа путем удаления части участков сети, число которых равно n n=p-m+1 (1), где p- число участков, m – число узлов, n – количество элементарных контуров n=9-7+1=3 В результате сеть становится тупиковой (контуры в сети отсутствуют, n=0). Для нее просто задать начальное потокораспределение путем суммирования потребления воды, начиная с концевых узлов. На исключенных участках поток воды принимается равным нулю. Для каждого i-того участка дерева диаметр труб выбирается из таблицы 1 по величине приведенного расхода qiп , где qi – поток на участке, м3/с Э – действительный экономический фактор, Эт – табличный экономический фактор, х – доля единичного расхода на участке, Единичный расход на участке: Qс – нагрузка сети для рассматриваемого режима, м3/с (Qс=min): 1уч. НС-5 qп=0,265*(0,11*0,3/0,265)1/3= 0,198 м3/с=198 литр/с → D=450мм=0,45м 2уч. 5-2 qп=0,245*(0,11*1/0,245) 1/3=0,189 м3/с=189 литр/с → D=450мм=0,45м 3уч. 2-Б qп=0,155*(0,11*0,7/0,155) 1/3=0,123 м3/с=123 литр/с → D=350мм=0,35м 4уч. 2-1 qп=0,08*(0,11*0,3/0,08) 1/3=0,060 м3/с=60 литр/с → D=250мм=0,25м 5уч. 1-3 qп=0,06*(0,11*0,3/0,06) 1/3=0,040 м3/с=49 литр/с → D=250мм=0,25м 6уч. 3-4 qп=0,02*(0,11*0,3/0,02) 1/3=0,024 м3/с=24 литр/с → D=175мм=0,175м Диаметры исключенных участков принимаются равными средним значениям диаметров тех участков, которые они соединяют. 7уч. Б-1 D=(D2-Б+D2-1)/2=(0,35+0,25)/2=0,3м 8уч. 3-2 D=(D1-2+D1-3)/2=(0,25+0,25)/2=0,25м 9уч. 5-4 D=(D2-5+D3-4)/2=(0,45+0,175)/2=0,3125≈0,3м Режим минимального транзита (Qс=max) : 1уч. НС-5 qп=0,265*(0,42*1/0,265)1/3= 0,309 м3/с=309 литр/с 2уч. 5-2 qп=0,245*(0,42*1/0,245) 1/3=0,293 м3/с=293 литр/с 3уч. 2-Б qп=0,155*(0,42*0,7/0,155) 1/3=0,192 м3/с=192 литр/с 4уч. 2-1 qп=0,08*(0,42*0,3/0,08) 1/3=0,093 м3/с=93 литр/с 5уч. 1-3 qп=0,06*(0,42*0,3/0,06) 1/3=0,077 м3/с=77 литр/с 6уч. 3-4 qп=0,02*(0,42*0,3/0,02) 1/3=0,037 м3/с=37 литр/с Внутренняя увязка сети: Увязка выполняется по методу Лобачева-Кросса. Для каждого участка сети вычисляется гидравлическая характеристика si где Di – диаметр трубы, м; Li – длина участка, м; а – коэффициент, учитывающий местные сопротивления. Падение давления на участке связано с расходом квадратической зависимостью pi=siqi2 где pi – падения давления, м вод ст; si – гидравлическая характеристика; qi – расход воды на участке, м3/с По соотношению Эйлера (1) определяется количество элементарных контуров сети. Увязка выполняется следующих образом: 1. Для каждого участка сети задается положительное направление потока и его величина, причем все потоки на участках должны удовлетворять первому закону Кирхгофа; для этого удобно рассматривать его как нулевое приближение,
2. В каждом контуре вычисляется невязка ∆hn, определяющая меру несоответствия потоков воды в сети второму закону Кирхгофа, ∆hn=∑siqiabs(qi) Суммирование выполняется по участкам сети, составляющим контур, с учетом знаков и направления обхода, принятых при формулировке второго закона Кирхгофа,
3. Если модуль максимальной невязки меньше допустимой величины, увязка заканчивается; в противном случае процесс итераций продолжается, 4. Для каждого контура вычисляется поправка ∆qn, положительное направление которой противоположно обходу контура по второму закону Кирхгофа Суммирование в знаменателе выполняется по участкам контура, 5. Контурные поправки используются для коррекции значений потоков воды на участках qik+1=qik+∑∆qn Суммируются поправки только тех контуров, в состав которых входит рассматриваемый участок; суммирование выполняется с учетом направлений, принятых для потоков и контурных поправок; далее вычисления повторяются, начиная с пункта 2. По программе получилось, что выбранные направления на участках 5,6,8,9 надо изменить на противоположные. Это будет выглядеть так:
Пьезометрический график Номер узла Геодез. Высота Z, м Свободный Напор (предвар) Н,м Пьез. Высота (предвар) П, м Н, м П, м НС 0,5 32,636 33,136 63,8 64,3 1 3,5 1,504 5,004 21,5 25 (дикт) 2 5,0 19 24 38,996 43,996 3 1,5 21,728 23,228 41,724 43,224 4 4,0 20 24 (дикт) 51,164 55,164 5 5,5 18,453 23,953 49,617 55,117 Б 10,5 -5,507 4,993 14,489 24,989 Выбираю диктующего потребителя: 4. Задаю П4=24 м, H4=П4-z4=24-4=20 м П5=П4-∆p4-5=24-0,047=23,953 П3=П4-∆p3-4=24-0,772=23,228 П1=П3-∆p1-3=23,228-18,224=5,004 П2=П3+∆p2-3=23,228+0,772=24 ПНС=П5+∆pНС-5=23,953+9,183=33,136 ПБ=П1-∆pБ-1=5,004-0,001=5,003 ПБ=П2-∆pБ-2=24-19,017=4,983 ПБ≈4,993 ННС=ПНС-zНС=33,136-0,5=32,636 Н1=П1-z1=5,004-3,5=1,504 Н2=П2-z2=24-5=19 Н3=П3-z3=23,228-1,5=21,728 Н5=П5-z5=23,953-5,5=18,453 НБ=ПБ-zБ=4,993-10,5= -5,507 Минимальный свободный напор получился для потребителя 1 Принимаю П1=25м П3=П1+∆p1-3=25+18,244=43,224 П2=П3+∆p2-3=43,224+0,772=43,996 П4=П3+∆p3-4=43,224+11,940=55,164 П5=П4-∆p4-5=55,164-0,047=55,117 ПНС=П5+∆pНС-5=55,117+9,183=64,3 ПБ=П1-∆pБ-1=25-0,001=24,999 ПБ=П2-∆pБ-2=43,996-19,017=24,979 ПБ≈24,989 ННС=ПНС-zНС=64,3-0,5=63,8 Н1=П1-z1=25-3,5=21,5 Н2=П2-z2=43,996-5=38,996 Н3=П3-z3=43,224-1,5=41,724 Н4=П4-z4=55,164-4=51,164 Н5=П5-z5=55,117-5,5=49,617 НБ=ПБ-zБ=24,989-10,5=14,489
Характеристики водопитателей Рабочий объем водонапорной башни Vp находится с помощью графика нагрузки сети. Необходимо вычислить интеграл Vp=ʃ(Qc(τ)-Qc)dτ=6*[(0,42-0,265)+(0,38-0,265)]=1,62 м3 Если диаметр бака башни и максимальный уровень его заполнения относятся как 2:1, то с учетом 10% запаса воды диаметр бака равен DБ=1,46Vp1/3=1,46*1,61/3=1,715 м, h0=,5*DБ=0,8575 м где h0 – максимальный уровень заполнения бака водой, DБ – диаметр бака Vp – рабочий объем H’НС=Нтр+(zA-zНС)+∑∆p’i=20+(3,5-,5)+89,434=112,434 H”НС=HБ+(zБ-zНС)+h0+∑∆p’’i=14,489+(10,5-0,5)+0,8575+36,907=62,2535 Где ∆p’ падения давления при Qc=max, ∆p’’ падения давления при Qc=min, а HБ, H’НС – max ; H”НС – min
Итоговая таблица Уч D, м L, м q’, м3/с q’’,м3/с ∆p’, м вод ст ∆p’’, м вод ст 1 (НС-5) 0,45 700 0,309 0,198 9,183 3,771 2 (5-2) 0,45 900 0,301 0,194 11,215 4,671 3 (2-Б) 0,35 1000 0,191 0,123 19,017 7,817 4 (2-1) 0,25 800 0,088 0,056 19,015 7,817 5 (1-3) 0,25 850 0,083 0,053 18,244 7,472 6 (3-4) 0,175 700 0,029 0,019 11,940 4,995 7 (Б-1) 0,3 650 0,001 0,000 0,001 0,000 8 (3-2) 0,25 1200 0,014 0,010 0,772 0,344 9 (5-4) 0,3 600 0,008 0,005 0,047 0,020 ∑ 89,434 36,907 Где ∆p’ и q’- падения давления и расход при Qc=max, а ∆p’’ и q” - падения давления и расход при Qc=min Газопровод среднего давления
потребитель Расход по часам суток, куб.м /час 0-6 6-12 12-18 18-24 1 150 550 400 200 2 200 950 750 250 3 150 400 800 100 4 100 500 550 200 5 250 850 850 150 6 100 150 150 100 7 100 200 250 100 8 150 350 250 200 9 200 100 200 100 сумма 1400 4050 4200 1400 Газопровод низкого давления потребитель Расход по часам суток, куб.м /час 0-6 6-12 12-18 18-24 6 100 150 150 100 7 100 200 250 100 8 150 350 250 200 9 200 100 200 100 сумма 550 800 850 500
Диаметры труб участков сети выбираются с помощью номограммы, исходя из найденного оптимального pi , а также Li , и расхода газа Vi
Участок Длина, м Расход, м3/ч Удельные потери, Па/м Диаметр стандартный, м 1 – ГРП1 900 1 - 2 900 2 - 3 1000 2 - 4 550 2 - 5 750 5 – ГРП2 500 6 – ГРП2 250 6 - 7 400 6 - 8 150 9 – ГРП 2 250