Гидравлический расчёт канализационного коллектора.

Методические указания

К выполнению курсовой работы

по дисциплине «Водоснабжение и водоотведение»

для студентов направления

6.060103 «Гидротехника (водные ресурсы)»

Образовательно-квалификационный уровень - бакалавр

форма обучения –дневная, заочная.

Одесса 2010 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

КАФЕДРА ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания

к выполнению курсовой работы по дисциплине

«Водоснабжение и водоотведение»

для студентов направления

6.060103 «Гидротехника (водные ресурсы)»

Одесса, 2010

УДК 628.1(07)

696.1(07)

«УТВЕРЖДЕНО»

Ученым Советом

Института инженерно-экологических систем

Протокол № 1 от 30.09.2010 г. 2007 г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании научно-методической комиссии института инженерно-экологических систем, протокол № 1 от 27.09.2010 г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы в печать на заседании кафедры водоснабжения, протокол № 7 от 12.04.2010 г.

Разработали: ст. пр .Назаревич В. А,

к.т.н , доцент Реброва В.В.

Рецензенты:

1. Асс. к.т.н. Горобченко А. И.

2. Директор ООО «Стикон» Крючков Л.Я.

Ответственная за выпуск: к.т.н., доцент Реброва В.В.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРИКВАРТАЛЬНОЙ СЕТИ ХОЛОДНОГО ВОДОПРОВОДА................................................................................................ 5

1.1. Гидравлический расчет внутриквартальной сети холодного водопровода 7

1.1.1. Определение расчётных расходов и потерь напора......................... 7

1.1.2. Определение требуемого напора для внутриквартальной сети...... 9

1.1.3. Определение требуемого напора хозяйственно – повысительных насосов 10

2. Проектирование системы горячего водопровода........... 11

2.1. Выбор системы горячего водоснабжения............................................. 11

2.2. Проектирование внутриквартальной сети горячего водоснабжения.. 11

3. Проектирование внутриквартальной сети хозяйственно-бытовой канализации.......................................................................... 12

3.1. Построение профиля внутриквартальной хозяйственно-бытовой канализации........................................................................................................................ 13

Приложения................................................................................................ 21

ПРИМЕР РАСЧЕТА......................................................................................... 31

1. Исходные данные для проектирования.................................................. 31

2. Проектирование и расчет системы холодного водопровода.................. 31

2.1. Проектирование внутриквартального холодного водопровода....... 31

2.2. Расчет системы холодного водопровода........................................... 32

3. Проектирование системы горячего водоснабжения................................ 37

3.1. Выбор системы горячего водоснабжения.......................................... 37

3.2. Проектирование внутриквартального горячего водоснабжения..... 37

4. Проектирование и расчет внутриквартальной сети хозяйственно-бытовой канализации................................................................................................... 39

Литература.................................................................................................. 47

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРИКВАРТАЛЬНОЙ СЕТИ ХОЛОДНОГО ВОДОПРОВОДА

Внутриквартальная водопроводная сеть должна подавать воду на хозяйственно-питьевые нужды ко всем зданиям, расположенным на генплане микрорайона, и обеспечить их наружное пожаротушение ([2], п. 4.3).

Повышенная этажность зданий и нестабильность давления в городском наружном водопроводе вызывают необходимость установки в системах водоснабжения микрорайона насосов, обеспечивающих повышение напора. Насосы, как правило, устанавливаются в помещениях центральных тепловых пунктов (ЦТП) ([1] п.п. 12.1, 12.3).

В случае использования малошумных насосов, например, марки WILO, насосы могут быть установлены в подвальных помещениях жилых зданий. Кроме того, такое же решение может быть принято, когда застраивается одновременно не весь микрорайон, а отдельное здание.

Проектирование внутриквартальной тупиковой сети начинают с определения места расположения ЦТП на генплане, как правило, в центре нагрузки микрорайона ([1], п. 5,4). ЦТП подключают к городской кольцевой водопроводной сети трубопроводом, проложенным вне проезжей части. Из ЦТП проектируют подключение к внутриквартальной сети, которая распределяет воду по всему микрорайону.

Проектирование тупиковых участков допустимо:

- при подключении жилых зданий с общим числом квартир менее 400 ([1], п. 9.1);

- при длине участка от пожарного гидранта на городской сети до любой точки каждого здания, расположенного на генплане микрорайона менее 200 м ([2], п. 8.5).

Здания, расположенные на генплане микрорайона, могут быть подключены к внутриквартальной сети с фасадной, тыльной или торцевой стороны. Предпочтительнее является ввод в центральную часть здания, что повышает надежность работы систем водоснабжения.

Трассировку внутриквартальной сети выполняют по кратчайшему расстоянию вне проезжей части дорог ([3], п. 4.8). Расстояние от сетей водопровода до зданий и других инженерных коммуникаций должно быть не менее значений, указанных в прил. 1 и прил. 2.

На внутриквартальной водопроводной сети в колодцах должна быть установлена запорная арматура для отключения зданий и участков сети, пожарные гидранты могут быть размещены на городской сети ([2], п. 8.30).

Запорную арматуру устанавливают:

- в точке подключения ЦТП к городской сети;

- в точке подключения внутриквартальной сети к выходу из ЦТП;

- на вводах в здания;

- для отключения участков внутриквартальной сети на ремонт.

При использовании задвижек марки Hawle допускается их бесколодцевая установка из-за отсутствия открытых болтовых соединений.

Колодцы с пожарными гидрантами на городских сетях расставляют после трассировки внутриквартальной сети, когда становится известной точка подключения внутриквартальной сети к городским магистралям.

Расстановка пожарных гидрантов на городской сети должна обеспечить пожаротушение любого обслуживаемого данной сетью здания не менее, чем из двух гидрантов при расходе воды на пожаротушение q^пож ≥ 15 л/с и одного при расходе q^пож менее 15л/с, с учётом прокладки рукавных линий по дорогам с твёрдым покрытием ([2], п.п. 8.16, 9.30).

Расстояние между пожарными гидрантами не должно превышать 150 м.

При расстановке пожарных гидрантов сначала размещают их в колодцах на пересечении городских магистральных линий, а затем с учётом общего количества необходимых гидрантов (каждое здание орошается одной или двумя пожарными струями) недостающие гидранты размещают в колодцах на городской сети. Целесообразно размещать пожарные гидранты в колодцах, в которых размещены задвижки.

Для устройства внутриквартальной сети можно рекомендовать пластмассовые, чугунные и асбестоцементные трубы. Внутриквартальную водопроводную сеть маркируют В1. Колодцы с пожарными гидрантами ПГ-1 (2, 3…), колодцы без пожарных гидрантов нумеруют 1 (2,3…).

1.1. Гидравлический расчет внутриквартальной сети холодного водопровода

1.1.1. Определение расчётных расходов и потерь напора

Цель гидравлического расчёта – обеспечить требуемый напор для подачи расчётных расходов воды ко всем водоразборным приборам в зданиях, расположенных в микрорайоне.

Внутриквартальная сеть, в частности, должна обеспечить подачу расчётного расхода к самому невыгодно расположенному прибору (наиболее высокорасположенному и удалённому от ввода) в здании, находящемся на самой высокой отметке.

В принятой трассировке намечают расчётное направление – самое невыгодное направление подачи воды к диктующему зданию (диктующим зданием может быть принято самое высокорасположенное либо самое удалённое от ЦТП). Расставляют расчётные точки.

Сеть рассчитывается на пропуск максимального секундного расхода ([2], п. 2.9, [1], п. 7.1) который для каждого расчетного участка определяют по формуле ([1], п. 3.3):

, л/с, (1)

где – секундный расход, л/с, отнесенный к одному прибору, который в случае установки различных приборов, обслуживающих одинаковых потребителей следует определять по прил. 3;

– коэффициент, определяемый по прил. 4 в зависимости от произведения общего числа приборов Nна расчётном участке сети на вероятность одновременного действия приборов, вычисленную для одинаковых потребителей по формуле ([1], п. 3.4):

(2)

где – норма расхода воды, л, потребителем в час наибольшего водопотребления (следует определять по прил. 3);

U– количество водопотребителей (для жилых зданий в среднем принимается 4 жителя в одной квартире);

N – число приборов.

Таким образом, для вычисления расходов воды по формуле (1) следует определить: .

В курсовой работе для учёта расхода воды в общественных зданиях, подключённых к внутриквартальной сети, каждое из них можно заменить следующим эквивалентом количества потребителей: 25 учащихся или 8 детей в дошкольном учреждении – 1 квартира.

Зная расходы воды на каждом расчетном участке, по прил.5 подбираем диаметры участков.

Диаметры, назначенные на расчётных участках внутриквартальной сети, должны быть такими, чтобы скорость движения воды на них не превышала 1,5 м/с (оптимальной следует считать скорость не более 1,2 м/с).

Потери напора по длине участков вычисляют по формуле:

, м, (3)

где – длина расчётного участка, м;

– относительные потери напора, м/км.

Расчёт сводим в табл.1.

Таблица 1.

Гидравлический расчёт внутриквартальной сети холодного водопровода (Р^хол= ; = л/с)

Потери напора по длине в внутриквартальной сети , м.

1.1.2. Определение требуемого напора для внутриквартальной сети

Требуемый напор на выходе из ЦТП определяется по формуле:

, (4)

где – геометрическая высота подъёма воды (разность отметок поверхности земли у диктующего здания и отметки оси повысительных насосов, принимаемой равной отметке поверхности земли у ЦТП, м;

– свободный напор у диктующего здания, м:

, м где – этажность здания;

– коэффициент, учитывающий потери напора на трение в местных сопротивлениях ([2], прил. 10, п. 4);

– потери напора в счетчике, установленном в ЦТП и учитывающим общий расход холодной и горячей воды (принимается равным не более 1,0 м).

1.1.3. Определение требуемого напора хозяйственно – повысительных насосов

Необходимость в установке хозяйственно-повысительных насосов определяют вычислением его напора по формуле:

, м, (5)

где – требуемый напор на выходе из ЦТП, м;

– потери напора в обвязке насосов, м (принимаются равными 2 – 3 м);

– потери напора в трубопроводе, подводящем воду от городской сети к ЦТП, определяется по формуле (3) при общем расходе холодной и горячей воды для всех жителей микрорайона, м;

– гарантийный напор в городской сети, м (принимается по заданию)

В случае < 0, установка насосов не требуется. В случае, когда = 5 – 6 м, следует увеличить диаметры внутриквартальной или внутренней сети здания, если внутренние сети проектируются, установка насосов не требуется. В случае, когда > 6 м, в ЦТП необходимо установить ХПН, не менее двух, из которых один резервный. Марку насосов и их количество определяют по каталогам (прил. 6,), исходя из подачи и напора .

При отсутствии в расчётных таблицах данных об относительных потерях напора в трубах, их величину можно определить по формуле ([2], прил. 10, п. ):

(6)

где – расчётный внутренний диаметр труб, м;

– расход воды в трубопроводе, м³/с.

Скорость воды в трубопроводе:

(7)

2. Проектирование системы горячего водопровода.

2.1. Выбор системы горячего водоснабжения.

Приготовление горячей воды для всех жилых и общественных зданий, расположенных на генплане микрорайона, может быть предусмотрено централизовано - в скоростных водонагревателях, располагаемых в ЦТП, перегретой водой из тепловых сетей ([7], п. 4.2, п. 4.5). либо децентрализовано -, при помощи местных водонагревателей ,работающих с использованием электроэнергии или газа и установленным в квартирах и общественных зданиях.

В курсовой работе рассмотрен вариант централизованной закрытой системы приготовления горячей воды в ЦТП с подогревом воды из холодного водопровода в скоростных водонагревателях перегретой водой из тепловых сетей.

Трубопроводы приняты из пластиковых материалов, полипропилен РN-16 покрытыми теплоизоляцией ([2], п. 9.16, [7], п. 7.4, 8.1).

2.2. Проектирование внутриквартальной сети горячего водоснабжения.

Внутриквартальный горячий водопровод состоит из участка теплотрассы от городской теплосети к ЦТП .(Т1,Т2), магистральных подающих Т3 и циркуляционных Т4 трубопроводов для подачи веды (от ЦТП) к секционным узлам внутри зданий, водо­нагревателей и циркуляционно-повысительных насосов, расположенных в ЦТП,

Подающие и обратные трубопроводы могут быть проложены в непроходных каналах с уклоном в сторону спускных устройств, расположенных в нижних точках трассы ([7], п. 6.2, 6.6, 7.18). Трассировка сети должна быть выполнена по кратчайшему расстоянию вне проезжей части дорог с тупиковыми ответвлениями к отдельным зданиям ([3], п. 4.8).

Запорную арматуру необходимо установить в тепловых камерах на узлах трубопроводов ([7], п. 7.17):

- на ответвлениях к отдельным зданиям ,

- на разветвлении магистральных трубопроводов,

- на подключении ЦТП к городской тепловой сети.

Для компенсации температурных удлинений на сети должны быть предусмотрены компенсаторы между неподвижными опорами ([7], п. 7.30, п. 7.43), установленными в местах ответвления трубопроводов и на пря­мых участках. Расстояния между компенсаторами и размеры каналов должны быть приняты в зависимости от диаметров трубопроводов.

3. Проектирование внутриквартальной сети хозяйственно-бытовой канализации

Внутриквартальная хозяйственно-бытовая канализационная сеть предназначена для транспортирования стоков, поступающих из зданий в городской канализационный коллектор. На генплане микрорайона размещают колодцы на выпусках внутренней канализации из каждой секции, на расстоянии от 3 до 12 м от обрезов фундамента. В курсовой работе можно принять 3-5 м.

Выпуски внутренней канализации от нескольких рядом расположенных на генплане микрорайона зданий объединяют коллектором внутриквартальной сети, прокладывая параллельно зданиям так, чтобы направление движения стоков совпадало с направлением уклона местности. Протяжённость коллекторов должна быть минимальной.

Присоединение внутриквартальных коллекторов к городской сети производят в смотровых колодцах. Если присоединение происходит с перепадом лотков (в перепадном колодце), то перепад выполняют в колодце, расположенном на расстоянии 5 – 10 м от колодца на магистральной линии.

На внутриквартальной канализационной сети для контроля за её работой и возможности прочистки устанавливают смотровые колодцы:

- в местах присоединения выпусков из зданий,

- в местах изменения направления движения стоков,

- в местах изменения диаметров и уклонов трубопроводов,

- на линейных участках на расстоянии, не превышающем 35 м при диаметре труб 150 мм, 50 м – при диаметре 200 – 450 мм и 75 м – при диаметре 500 – 600 мм ([5], п. 4.14).

Присоединение трубопроводов следует производить под углом не менее 90° ([5], п. 4.5) по направлению потока.

Для устройства внутриквартальной сети, как правило, применяют пластмассовые и керамические трубы диаметром не менее 150 мм ([5], пп. 2.33, 4.9), маркируют К1. Колодцы нумеруют. Канализационную сеть проектируют в увязке с другими инженерными коммуникациями и сооружениями с соблюдением минимальных расстояний в плане, приведенных в прил. 1 и прил. 2.

3.1. Построение профиля внутриквартальной хозяйственно-бытовой канализации

После окончания трассировки коллекторов внутриквартальной канализационной сети выполняют их гидравлический расчёт, который заключается в определении диаметров и уклонов расчётных участков трубопроводов между колодцами.

Разбивку на расчётные участки начинают от начального колодца, наиболее удалённого от точки подключения к городской сети до конечного колодца в точке подключения.

Одновременно с заполнением таблицы 2 выполняют построение продольного профиля коллектора внутриквартальной сети хозяйственно-бытовой канализации, который изображается в виде развёртки трубопровода по оси (рис.1).

Основные данные для построения профиля трубопровода приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Гидравлический расчёт канализационного коллектора.

(Р^общ= ; q^общ= л/с; q_о^ст= л/с)

Гидравлический расчёт начинают с заполнения 1 –3 колонок таблицы, используя результаты трассировки внутриквартальных коллекторов, одновременно заполняя две нижние строки («расстояния» и «номер колодца») подпрофильной таблицы.

Расчётный расход стоков на участках сети определяют([1], 1/ п.3.5) по формулам:

при общем расходе q^общ в системах холодного и горячего водопроводов

< 8 л/с по формуле

q^ст = q^общ + q_о^ст, л/с (8)

при общем расходе q^общ в системах холодного и горячего водопроводов

> 8 л/с по формуле

q^ст = q^общ = 5×q_о^общ × α , л/с (9)

где - q_о^общ общий расход воды одним прибором в системе холодного и горячего водоснабжения, л/с, принимается по [1 прил. 2,3]. При подключению к участку приборов различных типов, значение q_о^общ следует принимать по прибору, расход которого является наибольшим;

α - коэффициент, величина которого определяется по [1, прил. 4] в зависти от произведения числа приборов N, подключённых к участку, на вероятность их одновременного действия Р^общ.

Если расход на нижележащем участке вычисленный по формуле (8 ) окажется меньше расхода вышележащего участка, вычисленного по (9), то расход нижележащего участка принимается равным расходу вышележащего участка.

Затем по горизонталям на генплане определяют отметки поверхности земли в расчётных точках коллектора, заполняют 13 и 14 колонки расчётной таблицы и третью строку («натурные отметки земли») подпрофильной таблицы, строят профиль поверхности земли по трассе коллектора.

В начальном колодце определяют минимальную глубину заложения лотка, она должна быть меньше глубины промерзания на 0,3 м, но не менее 0,7 м до верха трубы ([5], п. 4.8). Следовательно, минимальная глубина заложения лотка составит 0,85 м. Эту величину записываем в первую строку колонки 19 расчётной таблицы и наносим над начальным колодцем коллектора на продольном профиле.

Отметку лотка трубы в начальном колодце получают как разность соответствующей отметки земли и глубины заложения лотка:

, м. (10)

Полученное значение заносят в колонку 17 табл. 2 и первую строку подпрофильной таблицы.

Диаметрd , уклон i ,наполнение h/d и скорость v первого участка коллектора определяют по номограммам (см. прил. 7) ,выполняя следующие ограничения:

для труб диаметром 150 - 250 мм расчётное наполнение не должно превышать 0.6 при минимальной скорости 0,7 м/с;

для труб диаметром 300-400 мм расчётное наполнение не должно превышать 0.7 при минимальной скорости 0,8 м/с; (/5/, п.2.34)

наибольшая расчётная скорость движения стоков в неметаллических трубах не должна превышать 4м/с ([5],п.2.34).

- минимальный диаметр трубопровода d_у = 150 мм ([5], п. 2.33);

- минимальный уклон участков d_у = 150 мм составляет 0,008, для участков d_у = 200 мм - 0,007 ([5], п. 2.41);

Значения диаметра и уклона трубы, наполнения и скорости движения стоков на участке заносят в соответствующие позиции табл. 2 и подпрофильной таблицы.

Отметка шелыги трубы в начальном колодце:

, м, (11)

где – диаметр коллектора, м.

После этого определяют отметки шелыги и лотка трубы в конце участка по формулам:

, м, (12)

, м, (13)

где – падение на длине участка, м (колонка 11).

Глубину заложения лотка в конце участка вычисляют по формуле:

, м. (14)

Если полученное значение не менее минимальной глубины заложения, принятой для начального колодца, то гидравлический расчёт первого участка коллектора завершён, по полученным значениям строят профиль (рис. 1).

При несоблюдении указанного условия глубину заложения лотка в конце участка задают равной наименьшему значению, а глубина лотка в первом колодце будет увеличена на величину недостающую до минимального заглубления.

Иногда глубина заложения лотка должна быть откорректирована из-за того, что могут быть нарушены рекомендации по нормативным расстояниям между трубопроводами канализации и теплотрассой. по вертикали. - в этом случае сначала выполняют вертикальное размещение теплотрассы, а затем с учётом рекомендованных расстояний между этими трубопроводами (см .прил.2) определяют отметку лотка в месте пересечения и вертикальная посадка всей канализационной трассы корректируется.

Пересечение с хоз-питьевым водопроводом выполняют с соблюдением следующих требований ([3], п. 4.13):

- трубопроводы, транспортирующие воду хоз-питьевого качества, следует размещать выше канализационных на 0,4 м в свету;

- допускается размещать стальные, заключённые в футляры трубопроводы, транспортирующие воду питьевого качества, ниже канализационных труб, при этом расстояние от стенок канализационных труб до обреза футляра должно быть не менее 5м в каждую сторону в глинистых грунтах и 10 м – в песчаных грунтах. Диаметр футляра принимается не менее чем на два сортамента больше диаметра основного трубопровода;

- вводы хоз-питьевого водопровода при диаметре до 150 мм допускается предусматривать ниже канализационных без устройства футляра, если расстояние между стенками пересекающихся труб равно 0,5 м. (см. рис.2).

Появление перепадного колодца при спокойном рельефе местности возникает в связи с пересечением канализационного коллектора с подземными сооружениями и другими коммуникациями, либо при необходимости подключения внутриквартальной канализационной сети к городскому канализационному коллектору, расположенному ниже ([5], п. 4.25).

Приложения