КОЛЬЦЕВЫЕ РАЗВОДЯЩИЕ СЕТИ

Кольцевую сеть (рисунок 13) применяют в населённых пунктах близких по очертанию к квадрату или прямоугольнику. В этих сетях трубопроводы образуют один или несколько замкнутых контуров – колец. Благодаря кольцеванию каждый участок получает питание от двух или нескольких линий, что значительно повышает надёжность работы сети и создаёт ряд других преимуществ. Кольцевые сети обеспечивают бесперебойную подачу воды даже при авариях на отдельных участках: при выключении аварийного участка подача воды к другим линиям сети не прекращается. Они меньше подвержены авариям, т.к. в них не возникает сильных гидравлических ударов. При быстром закрытии какого-либо трубопровода поступавшая к нему вода устремляется в другие линии сети и действие гидравлического удара уменьшается. Вода в сети не замерзает, т.к. даже при небольшом водоразборе она циркулирует по всем линиям, неся с собой тепло. Кольцевые сети обычно несколько длиннее тупиковых, но устроены из труб меньшего диаметра. Стоимость кольцевых сетей немного выше тупиковых. Благодаря высокой надёжности они находят широкое применение в водоснабжении. Они полностью отвечают требованиям противопожарного водоснабжения.

9.1 Расчёт кольцевых разводящих сетей

После того, как выполнен расчёт водопотребления населённого пункта, производится трассировка кольцевой разводящей сети. В настоящем разделе предлагается рассчитать двухкольцевую разводящую сеть. С этой целью на территории объекта водоснабжения (плане посёлка) вычерчивают трубопроводы, соединяют их концы и начала, образовывая замкнутые контуры – кольца, и подводят воду к крупным объектам. Пример трассировки двухкольцевой разводящей сети показан на рисунке 13.

Село «Мирное» М 1:25000

I – баня, II – больница, III – молочный завод,

IV – молочнотоварная ферма, V – граница участка под шахтные колодцы,

VI – насосная станция 1-го подъёма, VII – очистная станция,

VIII – резервуар чистой воды, IX – насосная станция 2-го подъёма,

0 – 11 – узлы водопроводной сети.

Рисунок 13

Затем, как и в варианте с тупиковой сетью, на кольцевой сети намечаются узлы и участки. Каждый участок сети анализируется и замеряется. Все результаты сводятся в таблицу 5.

Следует заметить, что особенностью кольцевых сетей является то, что раздача воды водопотредителям происходит практически на всех её участках, а это значит, что все они являются участками с путевыми расходами. Исключение составляют лишь те участки, где явно нецелесообразно разбирать воду. Это могут быть участки, подводящие воду к крупным водопотребителям (например, бане, больнице, МТФ и пр.).

Затем определяется удельный расход водопроводной сети. Методика определения удельного расхода подробно описывается в разделе расчёта тупиковой сети.

Далее при расчёте кольцевых сетей для упрощения и облегчения гидравлических расчётов предполагают, что потребители отбирают воду только в узлах сети. Это означает, что равномерно распределённые по длине путевые расходы заменяют эквивалентными им сосредоточенными узловыми расходами.

Таким образом, узловые расходы для каждого узла кольцевой водопроводной сети определяются по формуле:

(59)

где q_уд. – удельный расход сети, л/с на 1 п.м;

∑ℓ - суммарная длина путевых участков сети, примыкающих к данному узлу, м.

То есть узловой расход q_узл. равен полусумме путевых расходов всех участков, прилегающих к узлу.

Подсчёт узловых расходов сводим в таблицу 5.

Проверить правильность расчётов и заполнения таблицы можно следующим образом: сумма всех узловых расходов в колонке 4 таблицы 5 должна быть равна хозяйственному расходу – q_хоз., а сумма всех полных узловых расходов в колонке 7 должна быть равна максимальному секундному расходу посёлка.

Таблица 5

Вычерчивается расчётная схема кольцевой разводящей сети (рисунок 14), на которую во всех её узлах на стрелках, направленных вниз, наносятся значения полных узловых расходов из таблицы 5.

Рисунок 14 – Схема кольцевой сети.

На этой же схеме, только в узлах колец, на стрелках, направленных вверх, наносятся значения суммарных узловых расходов с учётом расхода воды, потребляемого отдельными крупными потребителями. Затем на расчётной схеме стрелками намечают направление движения воды по ветвям сети таким образом, чтобы вода к объектам водоснабжения двигалась по кратчайшему пути (без возвратного движения).

Очень важной задачей является определение расчётных расходов на всех участках кольцевой разводящей сети, по которым впоследствии будут определятся диаметры труб и потери напора. Устанавливая величины расходов, проходящих по участкам сети, руководствуются двумя основными правилами:

- по равнозначным магистралям следует направлять примерно одинаковое количество воды;

- приток к узлу равен оттоку из этого узла плюс узловой расход.

Назначенные таким образом расходы принято называть первыми прикидочными расходами. Они наносятся на расчётную схему сети.

По первым прикидочным расходам рассчитываются диаметры труб и потери напора по формулам, приведённым в разделе «Расчёт тупиковых сетей».

После этого проверяют соблюдено ли известное гидравлическое условие равенства потерь напора в ветвях колец, а именно в каждом кольце водопроводной сети потери напора по ветви, где вода движется в одном направлении, должны равняться потерям напора в другой ветви, где вода движется в противоположном направлении.

Поясним это на примере однокольцевой сети с питанием в точке 1 (рисунок 15).

Задавшись направлением движения потоков воды по отдельным участкам кольца, намечаем так называемую «точку встречи» потоков (точку 3). Относительно центра кольца можно наметить два взаимно противоположных направления движения воды. По участкам 1-2 и 2-3 движение происходит по часовой стрелке, а по участкам 1-4 и 4-3 – против часовой стрелки.

Рисунок 15

Наметив первые прикидочные расходы и рассчитав диаметры, вычисляем потери напора по левой и правой ветвям кольца. Если первые прикидочные расходы в ветвях кольца намечены правильно, то сумма потерь напора по левой ветви должна быть равна сумме потерь напора по правой ветви:

h_1-2 + h_2-3 = h_1-4 + h_4-3 (60)

Если потери напора брать со знаком плюс на тех участках, на которых направление потока совпадает с направлением движения часовой стрелки, и со знаком минус на тех участках, на которых движение потока направлено против часовой стрелки, то условие равенство потерь напора в ветвях кольца может быть выражено следующим правилом: алгебраическая сумма потерь напора в кольце равна нулю, т.е.

∑h = 0 (61)

В действительности, ввиду того, что первые прикидочные расходы по линиям сети были назначены с гидравлической точки зрения произвольно, чаще всего оказывается, что алгебраическая сумма потерь напора в кольце по расчётам не равна нулю, чего не может быть.

Алгебраическая сумма потерь напора в кольце называется невязкой кольца. На практике для сокращения расчётов допускают некоторую погрешность, а именно невязку считают допустимой, если её величина не превышает ± 0,5 м. Если величина полученной невязки превышает допустимую величину, то кольцевую сеть необходимо увязать.

Чтобы увязать сеть, т.е. найти истинные расходы по линиям, следует перебросить часть первоначального прикидочного расхода из перегруженной ветви, где потери напора больше, в недогруженную. Для соблюдения баланса расходов в узлах (приток к узлу должен оставаться равным оттоку из узла) необходимо исправлять расход в обеих ветвях на одинаковую величину, т.е., если в недогруженной ветви расчётный расход увеличивают на величину ∆q, то на эту же величину ∆q следует уменьшить расход проходящий по перегруженной ветви. Расход ∆q принято называть поправочным расходом. Новые расходы, проходящие по участкам кольцевой сети, называют исправленными расходами. По исправленным расходам определяются новые потери напора на участках кольца и вычисляется новая невязка.

Если поправочный расход установлен правильно, то после исправления первоначальных расходов кольцо увяжется, т.е. алгебраическая сумма потерь напора в кольце не будет превышать допустимую. Если после первого исправления кольцо не увязалось, продолжают увязку.

Профессором Лобачёвым В.Г. получена формула для определения поправочного расхода, которая даёт достаточно хорошие результаты:

∆q = (62)

где ∆q – поправочный расход, л/с;

∆h – невязка кольца, м;

q – расход на участке, л/с;

S –сопротивление участка (с/л)²∙м.

S = A∙ ℓ (63)

где А – удельное сопротивление трубопровода, (с/л)²;

ℓ - длина участка, м.

Увязка многокольцевых сетей осложняется тем, что кольца взаимосвязаны, уменьшение невязки в одном кольце может сопровождаться её увеличением в другом, смежном кольце. Поэтому увязку многокольцевых сетей производят одновременно по всем кольцам с учётом действия поправочных расходов на смежные кольца.

Увязку сети сводят в таблицу 6.

После того, как кольцевая сеть увязана, определяются потери напора на остальных участках разводящей сети, подводящих воду к объектам водоснабжения (бане, больнице, МТФ, молзаводу и пр.).

Затем находится диктующая точка сети и определяется высота водонапорной башни тем же методом, что и для тупиковой сети, с той лишь разницей, что величина потерь напора от башни до диктующей точки берётся как среднеарифметическая величина по главным линиям сети от башни до диктующей точки, т.е.

Н_В.Б. = (Ñ_Д - Ñ_В.Б.) + (64)

где ∑h^´_Б-Д – сумма потерь напора на участках сети от башни до диктующей точки по одному направлению, м;

∑h"_Б-Д - сумма потерь напора на участках сети от башни до диктующей точки по другому направлению, м.

Таблица 6 – Увязка сети на пропуск хозяйственного расхода

9.2 Расчёт и подбор водоподъёмного оборудования при заборе воды из открытого источника

Во второй части расчётного задания рекомендуется рассчитать и выбрать марку насоса (насосов) для насосной станции для забора воды из реки (приложения Т-У).

На плане населённого пункта намечается место речного водозабора. Производится трассировка водовода, подающего воду от водозабора в водонапорную башню, и определяются расход и напор насосной станции. Здесь под отметкой источника водоснабжения следует понимать отметку свободной поверхности воды в реке.

Подробно методика расчёта водоподъёмного оборудования описана в разделе 8.1 Расчёт и подбор водоподъёмного оборудования при заборе воды из подземного источника.