Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь
Белорусский Государственный Аграрный Технический университет
Кафедра гидравлики и гидравлических машин
Пояснительная записка
к курсовой работе на тему:
«Сельскохозяйственное водоснабжение»
Выполнил: студент 39 зэ гр.
Марцевич М.А.
Руководитель: Мурашко А.А.
Минск 2006
Аннотация
Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка включает в себя 31 страниц. Графическая часть состоит из 4 чертежей выполненных на форматах А2.
Ключевые слова используемые в курсовом проекте: водопотребитель, вода, расход, напор, насосная станция, водонапорная башня, путевой, транзитный, расчетный, динамический уровни.
Введение
Сельскохозяйственное водоснабжение – это отрасль водного хозяйства, в задачи которого входит удовлетворение бытовых и производственных потребностей в виде объектов сельского хозяйства.
Основные отличия сельскохозяйственного от бытового и промышленного водоснабжения заключается в рассредоточенности потребителей и сезонной цикличности сельскохозяйственного производства. Вода в сельском хозяйстве расходуется на хозяйственно-питьевые между населением, в коммунальных предприятиях (школа, торговый центр ) на животноводческих фермах и комплексах, предприятиях по первичной переработке сельскохозяйственной продукции, производственных зданиях и гаражах, мойках, на противопожарные цели.
Сельское хозяйство ведется на обширных территориях, что обуславливает рассредоточенность населенных пунктов и различных водопотребителей по площади землепользования. Кроме того, водопотребители (люди, животные, машины) выполняя производственные операции (вспашка, уборка, пастьба животных) перемещаются по территории. Все это увеличивает дальность транспортировки воды, усложняет системы водоснабжения и затрудняет их эксплуатацию.
Системой водоснабжения называется комплекс сооружений для получения воды из природных источников, ее очистки, транспортировки и подачи потребителям.
Растениеводство и животноводство тесно связано с непрерывно изменяющимся производственным фактором, которым обуславливается циклическое чередование сельскохозяйственных работ. Эти обстоятельства приводят к неравномерной нагрузке систем водоснабжения, влияет на технико-экономические показатели.
1. Описание объектов водоснабжения, источников воды, место водонапорных и других сооружений
Цель работы:
Целью работы является проектирование и расчет системы водоснабжения сельскохозяйственного объекта с учетом различных водопотребителей, объектов препятствующих прокладке трубопровода.
Исходные данные.
Исходными данными для курсовой работы является генеральный план местности с горизонталями, на котором указаны водопотребители, объекты, препятствующие прокладке трубопроводов.
Описание объектов водопотребления.
Деревня Гончаровка состоит из 40 трёхэтажных восьмиквартирных жилых домов, в которых в среднем проживает 4 человека, фермы, включающей в себя свинарник откормочниый на 200 голов, 2 торговый центра, которые обслуживает 14 раб., школа на 420 человек, клуб на 350 человек, детский сад на 140 человек, стадион на 1250 мест. Также в д. Гончаровка имеется спирт завод, который производит 500 л. спирта.
Учитывая небольшое количество потребителей, а также гидрологические и топографические условия в районе проектирования примем для водоснабжения тупиковую разветвленную сеть.
В районе нет открытых источников воды, поэтому забор воды будем производить путем бурения артезианской скважины.
При проектировании системы водоснабжения учитываем требования:
1. В любой точке водопроводной сети должен быть напор, обеспечивающий подачу воды в необходимом количестве.
2. Водопровод проектируется с учетом комплектного решения по обеспечению водой деревни Гончаровка с учетом использования существующих водопроводных сооружений.
3. Водопровод должен обеспечивать бесперебойную подачу воды надлежащего качества.
4. Проектирование водопровода должно производиться с учетом перспективы его развития.
Глубина заложения и правила укладки труб.
Водонапорные трубы укладываются в траншеи и засыпаются землёй. Трубы располагаются на такой глубине, чтобы можно было обеспечить нормальный гидравлический режим работы. Глубина заложения труб устанавливается в соответствии со СНиП 73-31-74 и должна быть больше расчётной глубины промерзания грунта.
При диаметре труб
d≤300мм на d + 0,2м
d≤600мм на 0,75d
d>600мм на 0,5d
Во избежание прерываний в водоснабжении в летнее время трубы должны укладываться на глубине не менее 0,5 м. считая от верха трубы.
Глубина заложения труб для предохранения их от динамических нагрузок устанавливается не менее 1м, считая от верха трубы и принимается равной на всех участках. Если водопроводные линии, транспортирующие питьевую воду, проходят на одном уровне, то расстояние между ними должно быть не менее 1,5 м. при диаметре труб до 200 мм. и 3,0 м. при диаметре труб более 200 мм. На таких участках необходимо применять стальные трубы. Расстояние от наружной поверхности труб жилой застройки или до обрезов фундаментов зданий должна быть не менее 5м.
Напорно-регулирующие сооружения.
В качестве напорно-регулирующих сооружений для с/х водопроводов наиболее распространены и оправданы водонапорные башни. Нижнюю часть башни для предохранения от промерзания засыпают грунтом. Башни подключают к сети одной подающе-отводящей трубой. Для обеспечения интенсивного обмена воды в баке, подающую трубу вводят до верхнего уровня воды.
На конце трубы устанавливают клапан, предохраняющий бак от возможного переполнения. Из бака вода отводится по трубе, подключённой к отводящей трубе через обратный клапан. Подающе-отводящую трубу у основания башни оборудуют задвижкой с помощью которой башню отключают от сети. Для компенсации температурных напряжений, возникающих при изменении температуры, на подающе-отводящей трубе устанавливают компенсатор. Водообмен в баке создаёт такую скорость движения воды, при которой она не замерзает при наружной температуре равной -20…-25 °С. С внешней стороны верхняя часть башни снабжается теплоизоляционным материалом. Для создания у потребителей необходимого напора, башню стараются установить в наиболее возвышенном месте.
Зона санитарной охраны.
Зона санитарной охраны проектируется и организуется на всех водоисточниках и сооружениях хозяйственно-питьевого водопровода с целью обеспечения санитарно — эпидемиологической надёжности систем централизованного водоснабжения сельского посёлка. Проекты зон санитарной охраны разрабатываются одновременно с проектом водопровода.
Санитарная зона делится на 2 пояса, в каждом из которых соблюдается особый режим.
Первый пояс — зона строгого режима. В ней размещаются водозаборные очистные сооружения, насосные станции. Здесь запрещается: проживание людей, все виды строительства за исключением связанного с техническими нуждами самого водопровода. Этот пояс ограждается забором и полосой зелёных насаждений и охраняется.
Второй пояс – зона ограничения – охватывает всю территорию бассейна питания водоисточника. В этой зоне по возможности ограничивается строительство предприятий, которые могут загрязнить воду и т.д.
Согласно выше изложенным требованиям принимаем: первый пояс зоны санитарной охраны скважины — квадрат со стороной 50 м (насосная станция и скважина будут находиться в центре этого квадрата), водонапорной башни – квадрат со стороной 30 м.; вдоль водоводов организуем второй пояс зоны охраны шириной в обе стороны 10м.
Выбор трасс водопроводной сети.
С целью снижения затрат на материалы для трубопровода, а также затрат на его сооружение, прокладку трасс водопроводной сети будем осуществлять вдоль дорог, так как абсолютное большинство потребителей находятся у дорог. По данным трассам вода будет поступать на промышленные объекты и животноводческие фермы, попутно из этих же трасс будет осуществляться разбор воды населением. Так же для обеспечения пожарной безопасности устанавливаем пожарные гидранты на расстоянии друг от друга не более 150 метров.
2. Определение узловых, путевых и расчётных расходов
Потребность в воде различных потребителей характеризуется нормой водопотребления. Норма водопотребления населения и животных – это объем воды потребляемый одним животным в сутки в среднем за год, в литрах. Норма водопотребления на выполнение производственных процессов – это объём воды в литрах, затрачиваемый на изготовление единицы продукции, ремонта и обслуживания производственного оборудования.
Устанавливаем виды и количество водопотребителей, расположенные на трассе водопроводной сети, особенности отбора воды и составляем гидравлическую модель сети (рис. 1), а их характеристику сводим в таблицу 2.1 — Характеристика водопотребителей:
Таблица 2.1 Характеристика водопотребителей.
Узел или участок
Водопотребитель
Расход
1-2
Население, школа, клуб, стадион, торг. центр
Q1-2 — путевой
1-3
Население
Q1-3 — путевой
3-4
Население
Q3-4 – путевой
1-6
Население, дет. сад
Q1-6 — путевой
6-7
Население, торг. центр
Q6-7 – путевой
5
Спирт завод
Q5 – узловой--PAGE_BREAK--
8
Свиноферма
Q8 – узловой
1. Определяем среднесуточное водопотребление, среднее за год:
Qсут.ср.i = Ni∙qi, л/сут
где: Ni — общее количество водопотребителей данного вида, шт.
qi – норма водопотребления рассматриваемого потребителя, л/сут. ( таблица 9.1 [2]).
а) Для населения норма водопотребления q = 250 л/сут (для жилых домов с водопотреблением без ванн), общее количество домов-40. Количество квартир в доме – 8. Принимаем что среднее число жителей в одной квартире равно 4 человека.
Qсут.ср.н = 250∙40∙8∙4 =320000 л/сут = 320 м3/сут;
По участкам:
участок 1-2: (6 домов, торговый центр, школа, клуб, стадион ):
Qсут.ср.н 1-2 = 250∙6∙8∙4+420∙20+350∙10+1250∙3+7∙25=63830 л/сут=63,83 м3/сут;
участок 1-3: (7 домов):
Qсут.ср.н 1-3 = 250∙7∙8∙4 = 56000 л/сут = 56 м3/сут;
участок 3-4: (11 домов):
Qсут.ср.н 3-4 = 250∙11∙8∙4 = 88000 л/сут = 88 м3/сут;
участок 1-6: (6 домов, дет. сад):
Qсут.ср.н 1-6 = 250∙6∙8∙4+140∙75 = 58500 л/сут = 58,5 м3/сут;
участок 6-7: (10 домов, торг. центр):
Qсут.ср.н 6-7 = 250∙10∙8∙4+7∙25 = 80180 л/сут = 80,18 м3/сут;
б) производственно-бытовые и животноводческие потребители:
Узел 5 (производство):
По таблице 9.4 [1] определяем норму суточного потребления на 1 л. спирта qс =110 л/сут. Общее среднесуточное водопотребление производства:
Qсут.ср.общ.ж = 500∙110 = 550000 = 550 м3/сут ;
Узел 8 (Свинарник отк.):
Свиноферма: по таблице 9.4 [1] определяем норму суточного потребления для свиней на откорме qс =15 л/сут. Общее среднесуточное водопотребле- ние животноводства:
Qсут.ср.общ.ж = 200∙15 = 3000 = 3 м3/сут ;
2. Вода потребляется в течении года неравномерно, так и в течении суток. Максимальное суточное водопотребление потребителей определяем по формуле:
Qсут.мах.i = К сут.мах.i∙ Qсут.ср.i, л/сут
где: К сут.мах.i – коэффициент суточной неравномерности К сут.мах. = 1,3
Qсут.ср.i – среднесуточное водопотребление i — го вида потребителя в
сутки, л/сут:
а) население.
участок 1-2: Qсут.мах1-2 = К сут.мах.∙ Qсут.ср.н.1-2=1,3∙63,83=82,98 м3/сут
участок 1-3: Qсут.мах1-3 = К сут.мах.∙ Qсут.ср.н.1-3=1,3∙56= 94,64 м3/сут
участок 3-4: Qсут.мах3-4 = К сут.мах.∙ Qсут.ср.н.3-4=1,3∙88= 114,4 м3/сут
участок 1-6: Qсут.мах1-6 = К сут.мах.∙ Qсут.ср.н.1-6=1,3∙58,5= 76,05 м3/сут
участок 6-7: Qсут.мах6-7 = К сут.мах.∙ Qсут.ср.н.6-7=1,3∙80,18= 104,23 м3/сут
б) производственный сектор.
Узел 5(производство)
Qмах.сут.пр=1,3∙550 = 715 м3/сут ;
в) животноводство:
Узел 8 (животноводство):
Qмах.сут.ж. = 1,3∙3 = 3,9 м3/сут
3. Водопотребление неравномерно не только в течении года, но и в течении суток:
Определяем максимальный часовой расход воды:
Qч.мах. = К ч.мах ∙К сут.мах.∙ Qсут.ср. / 24, м3/сут,
где: Кч.max – коэффициент часовой неравномерности (максимальное значение).
/>
где:αmax = 1.3 [1] – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия.
βmax – коэффициент учитывающий количество жителей
(1584 человека) в населенном пункте.
Получаем: К ч.мах =1,3 ∙1,8=2,34
Qч.махi =К ч.мах ∙ Qсут.мах.i,
а) население:
участок 1-2: Qч.мах 1-2 = 2,34∙82,98/24 = 8,09 м3/ч = 2,25 л/с;
участок 1-3: Qч.мах 1-3 = 2,34∙94,64/24= 9,23 м3/ч = 2,56 л/с;
участок 3-4: Qч.мах 3-4 = 2,34∙114,4/24= 11,15 м3/ч = 3,1 л/с;
участок 1-6: Qч.мах 1-6 = 2,34∙76,05/24= 7,41 м3/ч = 2,06 л/с;
участок 6-7: Qч.мах 6-7 = 2,34∙104,23/24= 10,16 м3/ч = 2,82 л/с;
б) производственный сектор.
Узел 5 (производство):
Qч.мах пр= 715/14 = 51,07 м3/сут = 14,19 л/с;
в) животноводство:
Узел 8 (животноводство):
Qч.мах ж = 2,5∙3,9/24 =0,41 м3/ч =0,11 л/с;
4. Определяем путевые расходы.
С учетом приложения 2 (таблица 9.1 [2]) примем 10 % расхода воды на неучтенные нужды.
Тогда путевой расход на участке:
1-2 Qn1-2=1,1∙ Qч.мах. =1,1∙2,25 = 2,47 л/с;
1-3 Qn1-3=1,1∙ Qч.мах. =1,1∙2,56 = 2,82 л/с;
3-4 Qn3-4=1,1∙ Qч.мах. =1,1∙3,1 = 3,41 л/с;
1-6 Qn1-6=1,1∙ Qч.мах. =1,1∙2,06 = 2,27л/с;
6-7 Qn6-7=1,1∙ Qч.мах. =1,1∙2,82 = 3,11 л/с;
5. Определяем узловые расходы:
Узел 5: Q5= Qч.мах 5=14,19 л/с;
Узел 8: Q8 = Qч.мах.8 = 0,11 л/с;
6. Определяем транзитные расходы:
участок 0-1:
Qтр.0-1 = Q5 +Q8+Qn1-2+Qn1-3+Qn3-4+Qn1-6+Qn6-7 = =0,11+14,19+2,47+2,82+3,41+2,27+3,11 = 28,38 л/с;
участок 1-2: Qтр.1-2 = 0 л/с;
участок 1-3: Qтр.1-3 = Q5+Qn3-4 =14,19+3,41= 17,6 л/с;
участок 3-4: Qтр.3-4 = Q5 = 14,19 л/с;
участок 4-5: Qтр.4-5 = Q5 = 14,19 л/с;
участок 1-6: Qтр.1-6 = Q8+Qn6-7 = 0,11+3,11= 3,22 л/с;
участок 6-7: Qтр.6-7 = Q8 = 0,11л/с;
участок 7-8: Qтр.7-8 = Q8 = 0,11 л/с;
7. Определяем расчетные расходы:
Qр= Qтр+ 0,55∙Qп ,
где 0,55 коэффициент, который отражает долю путевого расхода, участвующего в создании потерь напора.
участок 0-1: Qр.0-1 = Qтр.0-1 = 28,38 л/с
участок 1-2: Qр.1-2 = 0,55∙Qп.1-2 = 0,55∙2,47=1,36 л/с;
участок 1-3: Qр.1-3 = Qтр.1-3 + 0,55∙Qп.1-3 = 17,6+0,55∙2,82=19,15 л/с;
участок 3-4: Qр.3-4 = Qтр.3-4 + 0,55∙Qп.3-4 = 14,19+0,55∙3,41=16,07 л/с;
участок 4-5: Qр.4-5 = Qтр.4-5 = 14,19 л/с;
участок 1-6: Qр.1-6 = Qтр.1-6 + 0,55∙Qп.1-6 = 3,22+0,55∙2,27= 4,47 л/с;
участок 6-7: Qр.6-7 = Qтр.6-7 + 0,55∙Qп.6-7 = 0,11+0,55∙3,11 = 1,82 л/с;
участок 7-8: Qр.7-8 = Qтр.7-8 = 0,11 л/с;
3. Гидравлический расчет параметров сети водоснабжения
Местные потери напора в водопроводах малы (не превышают 10% от потерь напора по длине), поэтому их гидравлический расчет ведется по правилам расчета для длинных трубопроводов.
/>
Рис.3.1. Схема напоров. продолжение
--PAGE_BREAK--
В зависимости от расчетного расхода на участках, с помощью графика (рис.5[1]) экономических скоростей, определяем экономически выгодные диаметры трубопроводов. Принимаем ближайшее большее значение внутреннего диаметра d для выбранного материала. Так как в данном случае объектом водоснабжения является небольшой посёлок, принимаем к установке асбестоцементные трубы. Из таблицы 9.7[1] выписываем значение квадрата модуля расхода К2, значение условного прохода dу, площадь поперечного сечения труб S, соответствующую фактическому диаметру d. Полученные результаты сводим в таблицу 3.1.
Таблица 3.1. Сводная таблица результатов подбора сечений.
участок
Qp, л/с
d, мм
S, дм2
v, м/с
β
К2, (л/с)2
l, м
h
0-1
28,38
189
2,80
1,0
1
145200
80
0,49
1-2
1,36
77,5
0,47
0,3
1,22
1204
290
0,60
1-3
19,15
189
2,80
0,7
1,06
145200
160
0,47
3-4
16,07
189
2,80
0,6
1,08
145200
264
0,56
4-5
14,19
189
2,80
0,5
1,12
145200
114
0,19
1-6
4,47
100
0,79
0,6
1,08
5358
180
0,80
6-7
1,82
77,5
0,47
0,4
1,16
1204
270
0,95
7-8
0,11
50
0,20
0,1
1,31
146,4
154
0,02
Определяем среднюю скорость движения воды V на каждом участке. В зависимости от скорости и принятого материала труб определяем коэффициент β (таблица 9.6[1]):
Vi = Qi / Si, м/с
где Qi – расчетнй расход на данном участке, дм3/с;
V0-1 = 28,38/2,8 = 1 м/с, β=1
V1-2 = 1,36/ 0,47 = 0,3 м/с, β=1,22
V1-3 = 19,15/2,8 = 0,7 м/с, β=1,06
V3-4 = 16,07/2,8 = 0,6 м/с, β=1,08
V4-5 = 14,19/2,8=0,5 м/с, β=1,12
V1-6 = 4,47/0,79=0,6 м/с, β=1,08
V6-7 = 1,82/0,47=0,4 м/с, β=1,16
V7-8 = 0,11/0,20=0,1 м/с, β=1,31
Вычисляем потери напора на каждом участке:
hi = 1.1∙b∙(Qi2/Кi2) ∙ li, м
где j – коэффициент учитывающий местные потери напора(j=1,1),
β – поправка на степень турбулентности потока,
Q – расчетный расход на участке; л/с,
К2 – квадрат модуля расхода; (л/с)2,
l – длина участка в метрах.
h 0-1= 1,1∙1∙(28,382/145200)∙80 = 0,49 м,
h 1-2= 1,1∙1,22∙(1,362/1204)∙290 = 0,6 м,
h 1-3= 1,1∙1,06∙(19,152/145200)∙160 = 0,47 м,
h 3-4= 1,1∙1,08∙(16,072/145200)∙264 = 0,56 м,
h 4-5= 1,1∙1,12∙(14,192/145200)∙114 = 0,19 м,
h 1-6= 1,1∙1,08∙(4,472/5358)∙180 = 0,80 м,
h 6-7= 1,1∙1,16∙(1,822/1204)∙270 = 0,95 м,
h 7-8= 1,1∙1,31∙(0,112/146,4)∙154 = 0,02 м,
Выписываем геодезические отметки точек из генплана.
Ñ0=693 м; Ñ1=692,25 м; Ñ2=691 м; Ñ3=691,75 м; Ñ4=691,75 м; Ñ5=691,75 м; Ñ6=691,25 м; Ñ7=689,25 м; Ñ8=687,85 м;
Действующие напоры в узлах сети.
Действующие напоры определяем по формуле:
[Н]i = Ñi+[Нсв]
где:[Н]i – необходимый действующий напор в узлах сети.
Ñi – геодезическая отметка этих узлов;
[Нсв] – необходимый свободный напор – наименьшая удельная энергия давления, отсчитываемая от поверхности земли, необходимая для нормальной работы соответствующих технических устройств водопотребителя, принимаем [Нсв] (м) для каждого потребителя.
[Н]1 = Ñ1+[Нсв1] =
692,25
+
18
=
710,25
М
[Н]2 = Ñ2+[Нсв2] =
691
+
18
=
709
М
[Н]3 = Ñ3+[Нсв3] =
691,75
+
18
=
709,75
М
[Н]4 = Ñ4+[Нсв4] =
691,75
+
18
=
709,25
М
[Н]5 = Ñ5+[Нсв5] =
691,75
+
14
=
705,75
М
[Н]6 = Ñ6+[Нсв6] =
691,25
+
18
=
709,25
М
[Н]7 = Ñ7+[Нсв7] =
689,25
+
18
=
707,25
М
[Н]8 = Ñ8+[Нсв8] =
687,85
+
10
=
697,85
М
продолжение
--PAGE_BREAK--
Определяем с помощью уравнения Бернулли напор в начале сети, обеспечивающий нормальную работу потребителей
H н= Hк+hн-к м;
где H н — действующий напор в начале рассматриваемого участка трубопровода м;Hк — действующий напор в конце рассматриваемого участка трубопровода м;
hн-к — общая потеря напора м;
Для направления :
01 Н0-1 = [H]1 + h0-1 = 710,25+0,49=710,74 м
02 Н0-2 = [H]2 + h0-1+ h1-2 = 709+0,49+0,6=710,09 м
03 Н0-3 = [H]3 + h0-1+ h1-3 = 709,75+0,49+0,47=710,71м
04 Н0-4 = [H]4 + h0-1+ h1-3+ h3-4 = 709,75+0,49+0,47+0,56=711,27 м
05 Н0-5 = [H]5 + h0-1+ h1-3+ h3-4 + h4-5 =705,75+0,49+0,47+0,56+0,19= =707,46 м
06 Н0-6 = [H]6 + h0-1+ h1-6=709,25+0,49+0,8= 710,54м
07 Н0-7 = [H]7 + h0-1+ h1-6 +h6-7 = 707,25+0,49+0,8+0,95=709,49 м
08 Н0-8 = [H]8 + h0-1+ h1-6+ h6-7 + h7-8 = 697,85+0,49+0,8+0,95+0,02= =700,11м
Как видно из расчетов, максимальный необходимый действующий напор в начале сети требуется для точки 4. Следовательно, точка 4 является диктующей точкой и для нее должно выполняться условие:
H4 = [H]4
При этом для других точек будет выполняться условие:
Hi > [H]i
Таким образом главное напрвление – 0-1-3-4, отводы 1-2, 4-5, 1-6-7-8.
Определение высоты водонапорной башни
Расчетную высоту водонапорной башни определим по формуле:
Нб = Н0 — Ñ0, м
где: Н0 – действующий напор в начале сети (в месте установки башни);
Н0 = Н0-6 = 711,27 м
Нб =711,27 – 693 = 18,27 м
По таблице 4.1 [1] определяем ближайшую большую высоту стандартной водонапорной башни: Нб = 19 м
Находим действующие напоры в узлах главного направления и проверяем в них выполнения условия Hi > [H]i
Н0=Н1+ h0-1; H1= H3 +h1-3; H4= H3 +h3-4 ;
отсюда:
Н1=Н0 – h0-1 = 711,27 -0,49 = 710,78 > [H1] = 710,25 м
Н3=Н1 – h1-3 =710,78-0,47 = 710,31 > [H3] = 709,75 м
Н4=Н3 – h3-4 =710,31 -0,56= 709,75= [H4] = 709,75м
Условия выполняются, следовательно расчет сети выполнен правильно.
4. Определение высоты и регулирующей ёмкости водонапорной башни
В качестве напорно-регулирующего сооружения для с/х водопороводов наиболее распространены стальные водонапорные башни. Водонапорные сооружения представляют собой резервуар, который создаёт напор необходимый для подачи воды потребителю. В системе водоснабжения выполняет несколько функций:
Запас определённого количества воды, с помощью которой производится регулирование расхода при подаче к потребителю.
Выравнивание напора в сети.
Хранение непрерывного (аварийного или противопожарного) запаса воды.
Для населения:
Qсут.мах.н. = 28,38 м3/сут
Для животноводства:
Qсут.мах.жив. = 0,4 м3/сут
Для производства:
Qсут.мах.пр. = 5,11 м3/сут
Суточное максимальное водопотребление:
Qсут.мах. = 33,88 м3/сут
Определяем регулирующий объём водонапорной башни и частоты включения насоса при работе насоса в повторно – кратковременном режиме.
Определяем подачу насоса:
Qн = Qч .max. + Qпож. – Qв.п.
где: Qч. max. – максимальный часовой расход водопотребителей
Qпож – противопожарный расход, принимаем из таблицы 5.1 [1] с количеством жителей свыше 1 тыс. человек,
Qпож = 10 л/с = 36 м3/ч
Qв.п. – расход второстепенных водопотребителей на производстве, поливка территории и т.д.
Qв.п. = 0,5(Qж. + Qп.) = 0,5(0,4+5,11) = 2,76 м3/ч
где Qж. и Qп. – приняли по таблице 4.1
Qн. = 33,88+36-2,76 = 67,18 м3/ч = 18,66 л/с
Полученное значение Qн. больше чем Qч .max., исходя из этого принимаем
Qр=Qн.= 67,18 м3/ч = 18,66 л/с
Определяем время непрерывной работы насоса для подачи максимально-суточного водопотребления:
Тн.с = Vмах./Qн. = 525,86/67,18 = 7,83 ч.
Назначаем предварительно регулирующий объём бака Vр. равный 2 % от Vмах.:
Vр. = 0,02·525,86= 10,52 м3
Определяем полный объём бака водонапорной башни:
Vб. = b· (Vр. + Vз.)
где: b — коэффициент запаса соответствующий повторно-кратковременному режиму работы насоса, b = 1,2…1,3
Vз. – запас воды обеспечивающий в течении 10 минут подачу противопожарного расхода воды.
Vз. = t·Qпож. = 600·10=6000 л = 6 м3
Vб. = 1,2·(10,52+6) = 19,82 м3
Принимаем объём бака типовой башни Vт. = 25 м3 и уточняем регулирующий объём водонапорной башни:
Vр. = Vт. – Vз. = 25-6 = 19 м3
Строим график водоподачи рис.4,1 и определяем среднее число включений насоса в час, при автоматическом режиме работы:
nср. = nобщ. / 24
где: nобщ. – количество включений насоса в час в течении суток
nобщ. =17 / 24 = 0,71 вкл. в час
5. Обоснование и выбор насосной станции
Для подъема воды из скважины принимаем погружной насос типа ЭЦВ. Насосы данного типа должны устанавливаться с подпором, то есть под наиболее низкий уровень воды в скважине (динамический уровень), отметка которого не менее, чем на 1 метр. Принимаем заглубление ∆h=4 м, обеспечивая этим определенный запас на возможное понижение динамического уровня, в результате, например, засорения фильтра.
Определяем из геометрических соображений длину нагнетательного трубопровода:
l=L+Нб+( -)+ ∆h, м;
где L – длина трубопровода от скважины до основания башни 30 м;
Нб – высота ствола башни 19 м;
( -) – расстояние от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине, м.
нс = 693 м; = 500 м.
l = 30+19+693-500+4=246 м.
Подбираем диаметр нагнетательного трубопровода, для чего в соответствии СНиП 2.04.02-84 скорость воды в трубопроводе предварительно назначаем:
ν = 1,25 м/с = 12,5 дм/с;
Из уравнения непрерывности потока
Qр= ν ∙ S = const;
Находим площадь поперечного сечения трубопровода:
S = Qр/ν;
где Qр – расчетный расход насосной установки л/с;
/>
Рис. 5.1 Схема установки насоса
S =18,66/12,5= 1,49 дм2
Соответственно диаметр трубопровода d= 1,49 дм = 149 мм. Погружной насос опускается в скважину на нагнетательном трубопроводе, поэтому принимаем стандартные стальные трубы ГОСТ 10704-86 имеющие наружный диаметр 152 мм, толщину стенок 3,5 мм (таблица 9.8 [1]). Тогда внутренний диаметр трубопровода: d= 152-7 = 145 мм = 1,45 дм, площадь поперечного сечения S= 1,65 дм2. продолжение
--PAGE_BREAK--
Определяем скорость воды в стандартном трубопроводе:
ν= Qр/S = 18,66/1,65 =11,31 дм/с = 1,13 м/с;
Данная скорость соответствует рекомендуемому СНиП диапазонов скоростей(0,8…2) м/с, поэтому трубопровод выбран правильно.
Определяем потери напора в трубопроводе. Предварительно находим коэффициент гидравлического трения:
/>;
где А, c, m – коэффициенты для определения величины λ(таблица 8.1[1]).
l=0,0159/d0,3 =0,0159/ 1,490,3= 0,01 м,
/>
где α – коэффициент, учитывающий местные потери напора α=1,1…1,2; принимаем α=1,1;
l,d – длина и диаметр трубопровода, м.
ν – скорость воды в трубопроводе м/с.
λ – коэффициент гидравлического трения.
h=1,1·0,01·(246/0,145)·(1,132/(2∙9,8))=1,22 м
Определяем расчетный необходимый напор насосной установки:
/> м;
где Hг – геометрический напор насосной установки, м;
P2,P1 – давление на поверхности жидкости в приемном и напорном резервуарах;
P2,=P1= Pатм
Hг =Hр + Hб + ( -) =3+19+693-500=215 м.
Hн.у.= 215+0+1,22=216,22 м.
Наносим расчетную точку (Qр=67,18 м3/ч =18,66 л/с; Hр=216,22 м.) на сводный график подач и напоров погружных насосов ( [2] стр. 206) и по ближайшей вышерасположенной характеристике определяем марку насоса: ЭЦВ 10-63-270 Строим график рабочих характеристик выбранного насоса с помощью (таблицы 5,8 [2])
Строим гидравлическую характеристику насосной установки на тех же осях что и напорная характеристика насоса. Для этого определяем напор насосной установки при заданном расходе и заполняем таблицу:
/>м;
где В – постоянная для данной установки при турбулентном режиме движения жидкости, м/(л/с)2
/>м/(л/с)2;
где hp – потери напора в трубопроводах насосной установки при расчетном расходе, м;
В=1,2/67,182=0,0003м/(м3/ч) 2 ;
Таблица 5.1
Q, л/с
20
40
60
80
100
110
Hн.у.м
215
215,12
215,48
216,08
216,92
218
218,63
Hн.у=215+0+0,0003∙202=215,12 м.
На пересечении напорной характеристики насоса и гидравлической характеристикой насосной установки находиться рабочая точка насоса А, которая определяет его рабочие параметры.
QА = 22,22 л/с = 80 м3/ч; HА=218 м; ηА=77 % ;NА=64 кВт;
Или мощность на привод насоса (более точная):
/>кВт;
где γ – удельный вес воды Н/м3
N=(9800 Н/м3∙0,02222 м3/с∙218 м)/ 0,77 =62 кВт;
6. Деталировка сети
Одним из этапов проектирования водопроводной сети является составление деталировочной схемы, на которой указываются диаметры труб (в числителе) и расстояние между колодцами (в знаменателе), намечаются места установки задвижек и другой арматуры. Для монтажа фасонных деталей устраиваются колодцы, количество которых и расстояние между ними определяются по деталировочной схеме.
7. Конструкция смотрового колодца
Колодцы выполняются из кирпича, бутового камня и сборного железобетона. Размеры колодцев определяются диаметром труб и габаритами размещаемых фасонных частей. Высота засыпки колодцев от поверхности земли до перекрытия не должна быть меньше 0,5 м. У люков колодцев, если они размещены не в пределах дорожных покрытий, должна предусматриваться отмостка из камня шириной 1 м с уклоном от люков выше прилегающей территории на 5 см. Люки колодцев, размещённые на незастроенной территории, должны располагаться выше поверхности земли на 20 см, на дорогах с усовершенствованным покрытием – на одном уровне с поверхностью проезжей части.
Таблица 2.2.
Результаты расчёта максимального суточного водопотребления
Вид потребителя
N,
q,
Qсут.ср.,
Qсут.мах.,
чел.,
л/гол,
л/сут.
Ксут.мах.
м3/сут
гол.
л/чел.
Коммунальный сектор
Население
1280
250
320000
1,3
416,00
Школа
420
20
8400
1,3
10,92
Детсад
140
75
10500
1,3
13,65
Стадион
1250
3
3750
1,3
4,88
Торговый центр
14
25
350
1,3
0,46
Клуб
350
10
3500
1,3
4,55
Животноводство
Свиноферма отк.
200
15
3000
1,3
3,90
Производство
Спиртзавод
500
110
55000
1,3
71,50
Итого по всем потребителям:
525,86
Список литературы
Методические указания. Сельскохозяйственное водоснабжение -1999 г. ротопринт БАТУ 1998 г. Лохмаков В.С.; Лаптев В.И.; Мурашко А.А.
Практикум по гидравлике и гидромеханизации сельскохозяйственных процессов 1991 г. Э.В. Костюченко, В.И. Лаптев, Л.А. Холодок.
Методические указание к решению практических задач по гидравлике. Часть 1. (Разделы «Гидростатика» и «Гидродинамика») ротопринт БГАТУ Лаптев В.И., Крук И.С.
Основы гидравлики, сельскохозяйственного водоснабжения и канализации – 1976 г. Карасев Б.В., Дечев В.И.
Насосы и насосные станции – 1979 г. Карасев Б.В.
Пожарная техника – М.: 1965 г. Ф.В. Сухоруков.