Измерения водрнопорной воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Топографический план местности:

1- коровник на 200 голов; 2- родильное отделение на 150 станков; 3- телятник на 250 голов; 4- скотный двор для молодняка на 300 гол. ст. года; 5- фермская молочная на 12 т/сут; 6- кормоцех на 24 т/сут; 7-свинарник-маточник на 75 станков; 8 – свинарник-откормочник на 2000 голов; 9 – кормоцех на 12 т/сут; 10- река, колебания уровня в районе репера Р₁ в пределах -1…-2 м.

2. Технологический расчет водоснабжения.
1. Определение потребности в воде.

Вода расходуется на поение животных и производственные периоды технологические, гигиенические, хозяйственные и  противопожарные. Потребность в воде на ферме зависит от количества животных и норм водопотребления, установленных для животноводческих ферм.

При определении потребности  в воде на животноводческих фермах сначала определяют среднесуточный расход воды, а потом - максимальный суточный расход воды с учетом коэффициента суточной неравномерности, и эта  величина используется для дальнейшего  расчета.

      Среднесуточный расход воды по отдельным фермам определяют:

                                  Q_ср.сут. = a₁ × m₁ + a₂ × m₂ +...+ a_n × m_n,    

      где a₁, a₂, a_n - количество потребителей различных видов;

m₁, m₂, m_n - среднесуточная норма водопотребления для одного потребителя, л/сут.

      Суточную норму водопотребления различными животными можно определить по таблице 1:

Таблица 1

Среднесуточные нормы  потребления воды                                

№ п/п	Потребители	Норма в  сутки, л
1.	Дойные  коровы	80…100
2.	Быки и нетели	50…60
3.	Молодняк  КРС до 2-х  лет	25…30
4.	Молодняк КРС до 6-ти месяцев	20…25
5.	Свиноматки с приплодом	60
6.	Свиньи на откорме	20…25
7.	Козы и овцы взрослые	10
8.	Куры и индейки	0,5…1
9.	На обработку 1 кг молока	5
10.	На обработку 1 кг сухого корма	2
12.	Гуси и утки	1,3
13.	Кролики	5,0

      Тогда среднесуточный расход воды по отдельным фермам составляет:

Q_{ср. сут. мтф} = 800×80+250×25+600×25+12000×5+24000∙2=193,2 м³/сут;

Q_{ср.сут. стф}=225×60+4000×20+12000×2=117,5 м³/сут.

      Расход воды в течение суток, летом и зимой неравномерен, поэтому для расчета водопроводных сооружений и оборудований необходимо знать максимальный суточный расход воды по отдельным фермам. Этот суточный расход воды определяется:                    

Q_{сут. max} = Q_{ср. сут} × k₁,                                   

      где k₁- коэффициент суточной неравномерности, равный 1,3...1,5.

      Тогда максимальный суточный расход воды с учетом вышесказанного по отдельным фермам составляет:

Q_{сут. max. мтф}=193,2×1,3=251,16 м³/сут;

Q_{сут. max. стф}=117,5×1,3=152,75 м³/сут.

Затем определяем суммарный  максимальный суточный расход воды по формуле:

 

+152,75 = 403,91

      С учетом рельефа местности, дебита источников считается целесообразным использование централизованной системы водоснабжения для МТФ и СТФ с использованием водоисточника, размещая при этом рядом напорно-регулирующего устройства. Далее определяем минимальную продолжительность работы насосной станции по формуле:

 

где D – дебит источника.

У реки дебит неограничен, поэтому минимальную продолжительность насосной станции выбираем 16, то есть 8-ми часовой рабочий день по 2 смены.

2. Выбор схемы внешней водопроводной сети.

Для подачи воды от водоисточников к потребителям служит водопровод. Различают наружную (внешнюю) сеть, прокладываемую вне зданий и внутреннюю сеть сооружений.  Внутреннюю распределительную водопроводную сеть выполняют из стальных труб разного диаметра. Для отключения отдельных участков в ней устанавливают арматуру (задвижки, вентили и т.д.) Схема разводки труб и номенклатура водозаборного оборудования, устанавливаемого на внутренней водопроводной сети, зависят от технологических процессов, на которые расходуется вода. В дальнейшем расчет ведется только наружной сети.

Наружная водопроводная  сеть может быть тупиковым или  кольцевым. Тупиковой называется такая  сеть, в которой от главной магистрали отходят в разные стороны не связанные  между собой ветви. В них вода движется только в одном направлении. В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать  с двух сторон, т.к. трубопровод представляет собой замкнутый контур. Каждая из этих схем имеет преимущества и недостатки. К преимуществам тупиковой схемы  относится то, что она имеет  малую протяженность, поэтому затрачивается  при прокладке меньше капитальных  вложений, а недостатком является то, что в случае аварии или ремонта  приходится отключать всех потребителей, расположенных за местом аварии по направлению движения воды.

К преимуществам кольцевой  схемы относится то, что она  позволяет отключать поврежденные участки сети, не прекращая подачу воды к другим потребителям, исключается замерзание воды в трубах, а к недостаткам относится большая протяженность сети, и вызванная с этим большие капитальные затраты.

Исходя из вышесказанного, с учетом минимальных капитальных  затрат на строительство, эксплуатацию выбирается тупиковая схема внешней  водопроводной сети. Эта схема  вычерчивается на топографическом  плане местности, учитывая при этом следующие соображения: протяженность  трассы должна быть наименьшей; число узлов разветвления должно быть минимальным.

При расчете тупиковой  водопроводной сети важно уяснить, что по всем участкам, кроме конечных, идут два потока с путевым расходом, идущим для удовлетворения потребителей, расположенных на рассматриваемом  участке, и с транзитным расходом, предназначенным для потребителей, расположенных по ходу потока за рассматриваемым  участком. Поэтому расход воды в начале любого участка сети равен сумме путевого и транзитного расходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Гидравлический  расчет водопроводной сети.

Гидравлический расчет внешней  водопроводной сети производят для того, чтобы определить диаметры труб на расчетных участках. Расчетные участки - это такие участки внешней водопроводной сети, по которым будет течь отличающееся от соседнего участка количество воды в единицу времени. Границу таких расчетных участков нумеруется строчными буквами русского алфавита.

Для определения диаметров  труб необходимо вначале определить секундный расход воды на участках, а затем с учетом оптимальных  скоростей движения воды по таблице  академика Павловского определяем диаметры труб. Секундный расход воды на участках водопроводной сети определяется по следующей формуле:

 

 

где k₁ – коэффициент суточной неравномерности, равный 1,3…1,5;

k₂ – коэффициент часовой неравномерности, равный для объектов с автопоением 2, а для объектов без автопоения 4.

Определение секундного расхода  воды на участках начинают с конца  тупика против движения воды, учитывая при этом то, что на каждом последующем участке секундный расход воды увеличивается на величину предыдущего участка.

С учетом этого, секундный  расход воды на участках вычисляется:

 л/с;

 л/с;

4,62 л/с;

7 л/с;

8,1 л/с;

9,2 л/с;

10,13 л/с;

11,14 л/с;

4,61+11,14=15,75 л/с;

15,75 л/с.

Все данные секундного расхода  воды по участкам заносятся в таблицу 2, куда кроме этого, пользуясь таблицей академика Н. Н. Павловского, записывают величины V - скорости движения воды; d - диаметра условного прохода или диаметра труб; 100∙i - удельных потерь напора в трубах; а также вычисленные по топографическому плану местности значения L - длины каждого участка; * - стандартной длины одной трубы; n - количество использованных на расчетных участках труб и h - потери напора на расчетных участках при использовании выбранных труб.

При выборе диаметров труб по таблице академика Н. Н. Павловского  необходимо руководствоваться следующими соображениями:

     - при скорости движения воды в трубах менее чем 0,40 м/с поток воды имеет ламинарный характер и взвешенные частицы, которые оказываются в воде, могут оседать внутри трубы, уменьшая при этом живое сечение, что влечет за собой периодическую их промывку, что является трудоемкой работой в производственных условиях;

-при скорости  движения воды в трубах более  чем 1,25 м/с может возникнуть гидравлический удар при резком закрытии вентилей или задвижек, давление воды внутри трубопровода при этом может достичь десятка атмосфер и при определенных условиях может разорвать трубопровод. Поэтому наиболее целесообразными считаются скорости движения воды трубах, которые приведенные в таблице 3.

Таким образом, по значениям  вычисленного секундного расхода воды на расчетных участках и с учетом вышеуказанных оптимальных скоростей движения воды в трубопроводах, подбирают диаметры трубопроводов на этих расчетных участках.

Потери напора по длине  рассчитываем по формуле:

 

Вычисленные значения секундного расхода воды записываем в ниже следующую таблицу:

Таблица 2

Гидравлический расчет водопроводной  сети

Расчетный участок	q, л/с	V, м/с	d, мм	100∙i	h, м	L, м	*, М	n, шт.
а - б	1,71	0,40	75	0,45	0,225	50	5	10
б – в	3,16	0,68	75	1,32	0,66	50	10	5
в – г	4,61	0,60	100	0,71	2,2	310	10	31
к – и	7,0	0,89	100	1,55	0,78	50	10	5
и – з	8,1	1,02	100	2,02	1,01	50	10	5
з – ж	9,2	0,73	125	0,78	0,39	50	10	5
ж – е	10,13	0,86	125	1,06	0,53	50	10	5
е - г	10,97	0,62	150	0,44	2,9	660	10	66
г - д	15,75	0,91	150	0,93	0,74	80	10	8
к - л	15,75	0,91	150	0,93	2,79	300	10	30
л - м	15,75	0,91	150	0,93	1,12	120	10	12

 

Таблица 3

Экономические скорости движения воды в трубах

d, мм	50	75	100	125	150	175
V, м/с	0,4...0,5	0,5...0,6	0,6...0,7	0,7...0,8	0,8...0,9	0,9...1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Расчет высоты  водонапорной башни.

Как выше было указано, что  принимается башенная система водоснабжения, и при этом возникает необходимость  определения ее высоты, которая должна быть такой, чтобы обеспечить статическим  давлением подачу воды к потребителям, когда водоподъемная машина не работает.

      Для расчета высоты водонапорной башни используют формулу:

                 

      где H_св.н - свободный напор воды в трубопроводе, равный для одноэтажных зданий 10 м, для двухэтажных-14 м, а для трехэтажных – 18 м; H_см - суммарные потери напора от водонапорной башни до предполагаемой диктующей точки водопроводной сети, м; H_геод. - геодезическая разница уровней месторасположения водонапорной башни и диктующей точки водопроводной сети, м.

      Если диктующая точка системы расположена выше по уровню на топографическом плане местности по отношению к водонапорной башне, то знак H_геод. принимается положительным, а если ниже, то - отрицательным.

      Диктующей точкой водопроводной сети называется такая точка, куда доставка воды затруднена из-за того, что она расположена очень далеко от водонапорной башни или она расположена достаточно высоко от нее по рельефу местности. Так как в рассматриваемой схеме внешней водопроводной сети мы не знаем какая из двух точек (а) и (к) является диктующей, то, следовательно, высоту водонапорной башни предварительно вычисляем по этим двум точкам и полученная наибольшая величина указывает, что диктующей точкой является эта точка, и выбор высоты водонапорной башни следует осуществлять по этой точке.

Предполагаем, что точка  является диктующей:

 

          10+(0,78+1,01+0,39+0,53+2,9+0,7)+1=17,35 м.

      Следовательно, расчеты показывают, что диктующей точкой является точка (к) и выбор высоты водонапорной башни осуществляется по этой точке. И эта высота равняется 18 м. Следует отметить, что водонапорная башня выполняет сложную функцию. При превышении подачи воды над расходом, избыток воды накапливается в водонапорной башне, а если расход воды превышает над ее подачей, то недостаток воды подается из нее. При неработающем насосе весь расход воды осуществляется за счет запаса воды в водонапорной башне, поэтому статическое давление воды должно быть таким, чтобы оно, преодолевая потери напора по длине трубопровода, а также преодолевая местные потери, могло подать воду до диктующей точки.