Лабораторна робота № 5. Гідравлічні дослідження кільцевої водопровідної мережі

Гідравлічні дослідження кільцевої водопровідної мережі

Год.

Мета роботи:

1. Виконати моделювання основної схеми роботи водопровідної мережі й споруд на ній.

2. Вивчити гідравлічний режим роботи кільцевої мережі при різних схемах живлення й зміни характеру водовідбору.

3. Перевірити баланс припливу й відтоку води у вузлах водовідбору.

4. Визначити питомі опори ділянок водогінної мережі.

Матеріальне забезпечення

1. Лабораторна установка.

2. Секундомір.

3. Мірні посудини.

Загальні вказівки до проведення роботи

Розподіл води в населеному пункті залежить від роботи водопровідної мережі і споруд системи водопостачання. Елементи цієї системи: магістральна й розподільна мережа труб; запасні й напірно-регулюючі споруди (башти, резервуари, насосно-пневматичні установки), насосні станції.

На плані розрізняють два основні види мереж: тупикові й кільцеві.

За розташуванням напірно-регулюючої споруди мережі можна класифікувати: з водонапірним резервуаром на початку мережі; з контррезервуаром; з водонапірним резервуаром усередині мережі; мережі без водонапірного резервуара (насосна станція працює прямо в мережу).

У практиці часто зустрічаються мережі, які живляться одночасно з декількох точок або виконані за комбінованою схемою.

Від начертання мережі в плані й схеми живлення, в першу чергу, залежить порядок розрахунку мережі, визначення економічних діаметрів, швидкостей руху води, конструкції мережі й т. і. На ці параметри також впливають режими водоспоживання й подачі води, тобто продуктивність і характер роботи насосної станції.

На відміну від режиму роботи водопровідної мережі, режим подачі води в мережу насосною станцією часто не співпадає з режимом водоспоживання, тому що робота НС за графіком водоспоживання інколи є невигідною або технічно трудно здійсненною. Режим подачі води в мережу по можливості повинен наближатися до режиму водоспоживання через те, що від цього залежить об’єм регулюючих споруд. У свою чергу, режим подачі води в мережу залежить від прийнятої схеми водоспоживання, кількості насосних станцій і технічної можливості, а також економічної доцільності регулювання числом включень насосів упродовж доби з метою подачі води в мережу за одноступеневим або багатоступеневим графіком.

У схемах водопровідної мережі без башт режим подачі води в мережу насосними станціями здійснюється згідно режиму роботи водопровідної мережі, тобто він повинен повністю співпадати з графіком водоспоживання. При цьому регулювання змін подачі води здійснюється за допомогою включення й відключення окремих насосів, зміною числа обертів робочих коліс насосів або "відкриттям-закриттям" засувок.

У схемах з баштою перед мережею кількість води, що поступає від насосної станції й башти безпосередньо до магістральної мережі, завжди дорівнює кількості води, що витрачається користувачами, а напрямок руху її по трубопроводах постійний.

У схемах мережі з баштою в кінці мережі (із контррезервуаром) у магістральні мережі поступає кількість води, яка не завжди дорівнює кількості використовуваної води. В години мінімального водоспоживання по магістральним мережам проходить така кількість води, яка задовольняє водоспоживачів і наповнює резервуар башти, а в години максимального розбору, вода до споживачів поступає від насосної станції і водонапірної башти.

Режими подачі води й водоспоживання можуть збігатися. Це можливо в тому випадку, якщо вони рівномірні впродовж доби, що зустрічається досить рідко, а також якщо подача води насосною станцією здійснюється за графіком, який близько відтворює режим водоспоживання. Це досягається різними засобами автоматизації. У більшості ж випадків режими подачі води й водоспоживання не збігаються.

Розрахункова витрата води, а отже, і діаметри трубопроводів за інших рівних умов менші при рівномірній подачі води по них, ніж при подачі за ступеневим графіком роботи насосної станції. При рівномірній роботі насосної станції і нерівномірному водоспоживанні місткість бака башти або резервуара більше, ніж при подачі води за графіком. Отже, щоб знайти більш економічні розміри елементів системи водопостачання, необхідно порівнювати кілька варіантів споруд з різними режимами подачі води насосами. При цьому варіюють годиною роботи насосних агрегатів, їхньою продуктивністю, числом і т. і.

У виборі економічної системи водопостачання важливу роль відіграє розрахунок діаметрів трубопроводів. Найбільш складним і трудомістким є гідравлічний розрахунок кільцевої водопровідної мережі, насамперед – її гідравлічне ув'язування.

За основу визначення розподілу потоків i істинних значень витрат закладено I та II закони Кiрхгофа:

I закон ― рівняння балансу витрат у вузлах

(5.1)

де – витрати води, що виходять із вузла кільцевої водогінної мережі;

п – число вузлів;

i – змінна величина - номер вузла.

II закон ― рівняння балансу витрат напору в кільцях мережі

(5.2)

де – опір ділянки мережі;

– поправочна витрата в даному кільці;

– припустиме відхилення (≤ 0, 5-1м).

Таким чином, задача ув’язування зводиться до розв’язання системи, що включає n лiнiйних (контурних) рівнянь виду (5.2) для n кілець мережі при одночасному задоволенні m―1 лiнiйних (вузлових) рівнянь виду (5.1) для m вузлів.

У практиці розрахунку кільцевих мереж використовують iтерацiйнi методи. Невiдомi витрати q _{i к} на ділянках мережі визначають за формулою

(5.3)

де q⁰ _{i к} ― витрата на ділянці після початкового розподілу потоків;

Δ q _{i к} ― ув’язувальна витрата.

Поправкові витрати в кільцях визначаються за формулою:

;

(5.4)

Дослідження різних режимів роботи кільцевої водопровідної мережі студентами проводиться в лабораторії на моделі.