Гідравлічний розрахунок самопливних або сифонних трубопроводів

Самопливні або сифонні трубопроводи з’єднують оголовок з береговим сітчастим колодязем. Зазвичай використовують сталеві труби.

Самопливні трубопроводи прокладають прямолінійно у вертикальній площині з ухилом у бік оголовка або берегового колодязя без різких поворотів у плані. Самопливні трубопроводи мають бути захищені від підмиву річковим потоком і пошкодження якорями судів, для чого їх слід заглиблювати не менше ніж на 0,5 м нижче дна річки або обсипати ґрунтом з укріпленням його від розмивання.

Сифонні трубопроводи прокладають паралельно поверхні землі за межами берегового колодязя і вертикально вниз у самому колодязі. Сифонні трубопроводи можуть бути застосовані у водозаборах другої і третьої категорій надійності. Застосування сифонних трубопроводів у водозаборах першої категорії має бути обґрунтоване.

Кількість самопливних або сифонних трубопроводів для водозаборів першої і другої категорій має складати не менше двох.

Розрахункові швидкості руху води у самопливних або сифонних трубопроводах за нормального режиму роботи можна приймати за таблицею 5.4 [1, табл. 14].

Таблиця 5.4 – Швидкості руху води у самопливних або сифонних трубопроводах

Виходячи з величини витрати води, що припадає на один трубопровід:

Q_c.л.=Q_вз/n, (5. 6)

де Q_с.л. – витрата води, що припадає на один трубопровід заи нормального режиму, л/с;

Q_вз – розрахункова витрата водозабірних споруд, л/с;

n – кількість самопливних або сифонних трубопроводів,

та користуючись даними, наведеними у таблиці 5.4, за таблицями [2] для сталевих труб (ГОСТ 10704-91) приймають діаметр трубопроводів.

Розрахунок втрат напору здійснюють як для нормального, так і для аварійного режимів. За аварійного режиму один трубопровід вважають відключеним, а ті трубопроводи, що залишилися в роботі, мають пропустити розрахункову витрату води. Витрата води, що припадає на один трубопровід за аварійного режиму, визначається за формулою (5. 2) за умови, що n – кількість самопливних або сифонних трубопроводів.

Втрати напору визначають за формулою

h_с.л. = 1000iL + Sx_і V²/(2g), (5. 7)

де h_с.л. – втрати напору в самопливному (або сифонному) трубопроводі, м;

1000і – гідравлічний ухил, м/км;

L – довжина самопливного (або сифонного) трубопроводу, км;

Sx_і – сума коефіцієнтів місцевих опорів;

V – швидкість руху води в трубопроводі, м/с;

g – прискорення сили тяжіння, що складає 9,81 м/с².

Значення 1000і та V приймають за таблицями [2] для сталевих труб (ГОСТ 10704-91) визначеного діаметра при відповідному значенні витрати для нормального й аварійного режимів.

Довжина самопливного або сифонного трубопроводу може бути визначена, виходячи з того, що оголовок винесений у річище на глибину, достатню для розташування водоприймальних вікон (від верху затопленого оголовку має бути не менше 200 мм до нижньої кромки криги або не менше 300 мм до горизонту низьких вод (ГНВ), якщо крига не утворюється), а сітчастий береговий колодязь знаходиться поза зоною затоплення при горизонті високих вод (ГВВ).

Довжину самопливного трубопроводу можна визначити за формулою

L = L₁+ L₂ + L₃,(5. 8)

де L_. – довжина трубопроводу, м;

L₁ – відстань від оголовка до урізу води при ГНВ,м;

L₂ – відстань між урізами води при ГНВ і ГВВ, м;

L₃ – відстань від урізу води при ГВВ до берегового колодязя, яку можна прийняти від 5 до 10 м.

Під час визначення довжини сифонного трубопроводу до величини, визначеної за формулою (5. 8) слід додати довжину вертикальної ділянки, що приймається за умови занурення трубопроводу під рівень води у приймальній камері.

Сума коефіцієнтів місцевих опорів визначається, виходячи з прийнятої схеми самопливного або сифонного трубопроводу. На рисунку 5.2 наведений приклад розрахункової схеми самопливного трубопроводу затопленого водоприймача, для якого передбачена промивка зворотнім потоком води.

1 – оголовок; 2 – самопливний трубопровід;

3 – промивний трубопровід; 4 – водоприймальна камера

Рисунок 5.2 – Схема самопливного трубопроводу

Прийнята розрахункова схема самопливного трубопроводу має бути наведена у пояснювальній записці. Значення коефіцієнтів місцевих опорів (x _і) можна прийняти такими:

· плавно окреслений вхід у трубу: 0,5;

· коліно зварне: 1,5;

· перехід, що звужується: 0,25;

· перехід, що розширюється: 0,5 – 0,9;

· трійник у прямому напрямку: 0,1;

· трійник у напрямку відгалуження: 2;

· вихід з труби у резервуар під рівень води: 1;

· засувка у відкритому стані: 0,15 – 0,2.

Для сифонних трубопроводів додатково слід визначити геометричну висоту всмоктування (висоту розташування найвищої точки сифона над ГНВ), яка знаходиться за формулою

h = H_вак – h_с.л – V²/(2g), (5. 9)

де h – геометрична висота всмоктування, м;

Н_вак – допустимий вакуум у сифоні, який можна прийняти від 6 до 7 м;

h_с.л. – втрати напору у сифонному трубопроводі, визначені за формулою (6.7) для аварійного режиму, м;

V – швидкість руху води в трубопроводі для аварійного режиму, м/с;

g – прискорення сили тяжіння, що дорівнює 9,81 м/с².

Приклад 7.Визначити діаметр і втрати напору в самопливних трубопроводах затопленого водоприймача, якщо розрахункова витрата водозабору складає Q_вз = 0,5 м³/с, категорія надійності – перша, довжина самопливних трубопроводів складає L = 20 м.

Приймаємо кількість самопливних трубопроводів: n = 2.
Труби сталеві ГОСТ 10704-91.

Витрата води, що припадає на один трубопровід, за нормальних умов складає

Q_c.л.=Q_вз/n = 500 / 2 = 250 л/с.

Виходячи із даних таблиці 5.4, за таблицями [2] для сталевих труб (ГОСТ 10704-91) приймаємо діаметр самопливних трубопроводів: d_с = 500 мм. При цьому швидкість руху води складає V = 1,2 м/с, а гідравлічний ухил – 1000і = 3,63 м/км.

Витрата води, що припадає на один трубопровід при аварійному режимі складає

За аварійного режиму швидкість руху води складає
V_{а в}= 2,39 м/с, а гідравлічний ухил – 1000і = 14,5 м/км.

Для самопливних трубопроводів суму коефіцієнтів місцевих опорів можна визначити за схемою, наведеною на рисунку 5.2:

Sx_і= x_вх+x_звуж+x_тр+x_засув+x_вих=0,5+0,25+0,1+0,15+1 = 2.

За нормальних умов

h_с.л.=1000iL+Sx_і V²/(2g) =3,63´0,02+2´1,2²/(2´9,81)=0,22 м,

за аварійного режиму

h_ав=1000i_авL+Sx_і V_ав²/(2g) = 14,5´0,02+2´2,39²/(2´9,81) = 0,87 м.

Поиск по сайту: