Водоснабжение и инженерная мелиорация (стр. 5 )

Задание 5. Решить предложенную в примере 5 задачу, учитывая потребное количество воды для водоснабжения поселка городского типа (см. пример 1) и следующие данные:

Вариант	1	2	3	4	5	6
K, м/сут	10	11	12	13	14	15
Qс, м3/сут	200	230	240	250	260	270

2.3. Расчет фильтров водозаборных скважин

Для использования подземных вод хозяйственно-питьевого назначения большое значение имеют выбор и расчет фильтров водозаборных скважин. Фильтр является основным элементом конструкции водозаборной скважины и его назначение заключается в обеспечении устойчивости водоприемных стенок скважины, исключении ее пескования. Он должен также обеспечивать приток очищенной воды, иметь малые гидравлические сопротивления, обладать достаточной прочностью и коррозирующей стойкостью. Наиболее часто при оборудовании водозаборных скважин привлекаются сетчатые и гравийные фильтры.

Сетчатые фильтры (галунного, киперного или квадратного сечения) изготовляются из некоррозирующего материала (меди, латуни, нержавеющей стали) и устанавливаются в водозаборных скважинах, оборудованных на водоносные горизонты, сложенные песками, гравийно-галечниковыми породами с песчаным заполнителем. К гравийным относят фильтры, у которых поверхность, контактирующая с породой, состоит из искусственно вводимого гравия, расположенного вокруг опорных фильтровых каркасов (сетчатых фильтров).

Использование засыпных гравийных фильтров позволяет увеличить продолжительность работы водозаборных скважин за счет увеличения размера фильтра скважины, улучшения фильтрационных свойств пород в прифильтровой зоне уменьшения входных скоростей поступления воды в скважину.

Засыпные фильтры создаются на забое скважины и в зависимости от гранулометрического состава пород могут быть с однослойной или многослойной засыпкой. Толщина обсыпки должна быть не менее (5¸10)d50 (здесь d50 – средний диаметр гравия). Размер гравия выбирается из соотношения d50/d50 = 8¸12 (здесь d50 – средний диаметр зерен песка).

При мощности водоносного горизонта меньше 10 м длина рабочей части фильтра lp принимается равной мощности водоносного горизонта, при большей мощности горизонта она может быть определена по формуле:

, (15)

где Q – проектный дебит, м3/сут; dф – диаметр фильтра, м; v – допустимая входная скорость фильтрации воды, м/сут.

Допустимая входная скорость при поступлении воды в сетчатый фильтр

,

где k – коэффициент фильтрации пород водоносного горизонта, м/сут.

Для фильтра с гравийной обсыпкой

. (16)

Водопропускная способность фильтра Qпроп должна быть не меньше запроектированного дебита Q, т. е.

Qпроп = vF > Q , (17)

где F – рабочая площадь фильтра, м2.

При скважности фильтра более 25 % в качестве F принимается вся его наружная боковая поверхность, при меньшей скважности – площадь отверстий каркаса фильтра.

Задание 6. Для исходных данных примеров 2 и 5 рассчитать длину сетчатых фильтров с гравийной обсыпкой, средний диаметр используемого гравия, ширину гравийной обсыпки и водопропускную способность фильтра.

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ И ВОДОВОДОВ

Гидравлические расчеты водопроводных сетей и водоводов сводятся к определению потерь напоров в них и диаметров труб на отдельных участках сети. Специфика подобных расчетов зависит от конфигурации водопроводных сетей (тупиковых или кольцевых), достоинства и недостатки которых подробно рассмотрены в работе [8].

3.1. Гидравлические расчеты тупиковых водопроводных сетей

При заданной производительности водопровода гидравлические расчеты в тупиковых сетях выполняются достаточно просто: если известны расходы воды в узлах сети, поступающие к отдельным потребителям, то последовательно определяют удельный, путевой и расчетные расходы, а затем диаметры и потери напоров по отдельным магистральным линиям.

Удельный расход сети – расход воды, приходящийся на 1 м длины водопроводной сети,

qуд = Qmax /L, (18)

где Qmax – максимальный расчетный расход, поступающий в водопроводную сеть; L – суммарная протяженность магистральных линий сети.

В тупиковых водопроводных сетях отбор воды на каждой магистрали сети принимается пропорционально ее длине l. При этом расход воды, отбираемый потребителями по длине каждой магистральной линии, называется путевым расходом

(19)

При переносе воды по магистральной линии, помимо путевого расхода, необходимо учитывать также транзитный перенос воды на более удаленные магистральные линии. С учетом транзитного расхода Qтр расчетный расход в пределах каждой магистрали

Qр = aQпут + Qтр, (20)

где a » 0,5 – коэффициент эквивалентности.

Диаметр труб магистральных линий водопроводной сети

, (21)

где v – скорость движения воды в трубопроводе.

Скорость движения воды в трубах определяется с учетом ряда показателей: стоимости электроэнергии, способа укладки и гидравлических параметров труб. Как правило, ее принимают равной 0,6-2 м/с в зависимости от диаметра труб [1].

Одной из важных частей расчета водопроводной сети является вычисление потерь напора на преодоление сопротивлений, возникающих в трубах при движении воды. Потери напора по длине при постоянном диаметре трубопровода

, (22)

где s – сопротивление трубы, s = s0l; s0 – удельное сопротивление; l – длина трубы.

Удельное сопротивление водопроводных труб зависит от их диаметра и материала, из которого они сделаны (табл.2).

Таблица 2

Диаметр трубы, мм	Удельное сопротивление труб, с2/м6
чугунных	стальных
100	311,7	172,9
125	96,72	76,36
150	37,11	30,65
200	8,092	6,959
250	2,528	2,187
300	0,9485	0,8467
350	0,4365	0,3731
400	0,2189	0,1859
450	0,1186	0,09928
500	0,06778	0,05784
600	0,02596	0,02262
700	0,01154	0,01098
800	0,005669	0,005514
900	0,003047	0,002962
1000	0,001750	0,001699
1200	0,0006625	0,0006543
1400		0,0002916
1500		0,0002023
1600		0,0001437

Общая потеря напора на всем расчетном пути водопроводной сети устанавливается как сумма потерь напоров в последовательно соединенных участках водопровода (магистралях):

hобщ = 

3.2. Особенности гидравлических расчетов

кольцевых водопроводных сетей

Специфика гидравлических расчетов кольцевых сетей (в отличие от тупиковых) заключается в том, что распределение расходов воды как по отдельным кольцам сети, так и в пределах каждого кольца заранее не известно. Подобная неопределенность задачи значительно затрудняет расчет кольцевой сети, так как, не зная расходов воды по отдельным линиям кольца, нельзя провести гидравлические расчеты (определить диаметры линий каждого кольца сети и потери напоров в них).

В связи с этим сначала при известном суммарном расходе воды, подаваемой по водоводам в водопроводную сеть, в гидравлических расчетах кольцевой сети задается предварительное распределение суммарного расхода воды по всем линиям сети с учетом следующих положений:

1. Сумма расходов воды, поступающих в какой-то узел кольца сети, равна сумме узлового отбора в данном узле и расходов, вытекающих из него. Условно расходы воды, поступающие в узел кольца, считаются положительными, узловой и вытекающий из него расходы – отрицательными. Таким образом, алгебраическая сумма расходов воды в каждом узле кольца должна быть равна нулю: SQi = 0.

2. В каждом замкнутом кольце сети сумма потерь напора на участках, в которых вода движется по часовой стрелке, принимается условно положительной и равной сумме потерь напора (отрицательной) на участках, в которых вода движется против часовой стрелки, т. е. алгебраическая сумма потерь напора в каждом кольце сети равна нулю: Shi = 0.

Задав предварительное распределение расходов по кольцам сети, рассчитывают диаметры и потери напоров. После расчетов потерь напоров проверяют, соблюдается ли равенство Shi = 0 для всех колец водопроводной сети. Как правило, условие Shi = 0 сразу не будет удовлетворено для большинства колец сети. Неравенство потерь напоров связано с тем, что действительное распределение расходов в водопроводной сети при выбранных диаметрах отличается от первоначально намеченных расходов: одна ветвь кольца (вода движется по часовой стрелке) может оказаться перегруженной, а другая ветвь (вода движется против часовой стрелки) – недогруженной (по сравнению с действительным распределением расходов при выбранных диаметрах).