Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА





ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(МИИТ)

 

 

Кафедра «Теплоэнергетика и водоснабжение на железнодорожном транспорте»

Автор: Кузьминский Р. А., кандидат военных наук, профессор

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА

СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

Направление/специальность:_270800.62 Строительство _ _ ____

(код, наименование специальности /направления)

Профиль/специализация:Водоснабжение и водоотведение __ _____Квалификация (степень) выпускника: __бакалавр _________________ __ ____

Форма обучения: __заочная_________ ___________ ______

 

 

Москва 2013 г.


Содержание:

Раздел 1. «ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ»  
Задача №1.1 3 стр.
Задача №1.2  
Задача №1.3  
Задача №1.4  
Задача №1.5  
Задача №1.6  
Раздел 2. «ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ»  
Задача №2.1  
Задача №2.2  
Раздел 3. «СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ. ВОДОСЛИВЫ. ВОДОПРОВОДНЫЕ ДОРОЖНЫЕ ТРУБЫ. ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД. ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА В ЖИДКОСТИ»  
Задача №3.1  
Задача №3.2  
Задача №3.3  
Приложения  

 


 

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1

Тема: «РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ»

Задача № 1.1

Гидравлический расчет простого трубопровода

Задание:

1. Назначить диаметр трубопровода d и определить необходимую высоту водонапорной башни Hб в точке А (рис. 1) для обеспечения расчётной подачи воды с расходом Q потребителю в точке В по трубопроводу длинной l, при разности отметок земли в точках А и В, равной Z и минимальном свободном напоре в точке В равном Нсв.



Примечание: Трубы чугунные, потери напора в местных сопротивлениях принять равными 10% от потерь напора по длине.

Исходные данные:

Дано: Q=160 л/с; l=3000 м; Z=4 м; Нсв=26 м.

Определить: диаметр трубопровода d инеобходимую высоту водонапорной башни Hб.

A
B

Рис. 1. Расчетная схема трубопровода

Методические указания по решению задачи № 1.1

1. Диаметр трубопровода назначается по предельным расходам, представленным в приложении 2.1.

2. Необходимая высота водонапорной башни определяется из уравнения

Нб+Z -Нсв=hА-В (см. рис. 1), откуда

Нб=hА-В+Нсв-Z,

где hA-B - потеря напора на участке трубопровода от точки А до точки В, которая складывается из потери напора по длине и потери напора в местных сопротивлениях hА-В=1,1iL (здесь i - гидравлический уклон, зависящий от расхода и диаметра трубопровода, определяется по справочным таблицам).

Величину hA-B можно также определить по формулам:

hА-В=1,1S0Q2L=1,1Q2L/К2,

где S0 - удельное сопротивление трубы; К - расходная характеристика (модуль расхода) трубы,

S0 = S0квК1; К= Ккв/(К1) 1/2.

Здесь S0кв и Ккв - соответственно удельное сопротивление и расходная характеристика трубы, работающей в квадратичной области сопротивления (при скорости v>1,2 м/c); значения этих величин приведены в приложении 2; К1 - поправочный коэффициент, учитывающий неквадратичность зависимости потерь напора от средней скорости движения воды (переходная область сопротивления при скоростях движения воды в трубе v<1,2 м/с ), определяется по приложению 3.

Решение:

1. Определяем диаметр трубопровода по предельным расходам.

В соответствие с заданным расходом воды Q из приложения 1 выбираем

d=400мм.

Соответственно расход составит Q=197 л/с (Q=197 >Qтр=160 л/с);

скорость течения будет равна v=1,56 м/с.

2. Определяем необходимую высоту водонапорной башни.

Т.к. v>1,2 м/с по приложению 2 устанавливаем, что удельное сопротивление и расходная характеристика трубы будут равны:

S0 = S0кв=0,219 с26; К=Ккв=2,14 м3/с.

Определяем потери напора на участке трубопровода от точки А до точки В hA-B

hА-В=1,1S0Q2L =1,1·0,219·(197/1000)2·3000=28,0 м

hА-В=1,1Q2L/K2=1,1·(197/1000)2·3000/2,142=28,0 м

В среднемпотери напора равны hА-В=(28,0+28,0)/2=28,0 м≈28,0 м.

Тогда необходимая высота водонапорной башни составит

Hб= hАВ+Нсв-Z=28,0+26,0-4,0=50 м.

Ответ:

диаметр трубопровода d=400мм;

высота водонапорной башни Hб=50 м.

 

Задача № 1.2

Гидравлический расчет сложного тупикового трубопровода

Задание:

На рис. 2 изображена схема разветвлённой водопроводной сети из чугунных водопроводных труб. Свободный напор Нсв в конечных точках сети должен быть не менее 15 м. Значения длины участков L приведены в данных. Местность - горизонтальная.

 

L1-2
L2-3
L3-4
Водонапорная башня
Q2
Q3
Q4
Q5

Рис. 2. Расчетная схема трубопровода

 

Требуется:

1. Определить расчётные расходы воды на каждом участке.

2. Установить диаметр труб на магистральном направлении по предельным расходам.

3. Определить необходимую высоту водонапорной башни.

4. Определить диаметр ответвления от магистрали.

5. Вычислить фактические значения свободных напоров в точках водоотбора.

Исходные данные:

Нсв≥15 м; L1-2=200 м; L2-3=200 м; L3-4 =200 м; L2-5=600 м.

Q2=7 л/с; Q3=8 л/с; Q4 =9 л/с; Q5=16 л/с.

q3-4=0,05 л/с; q2-5=0,04 л/с.

Трубы чугунные, расположены горизонтально

 

Задача № 1.3

Гидравлический расчет сложного разветвленного трубопровода

Задание:

Горизонтальный трубопровод из стальных труб, схема которого представлена на рис. 3, имеет участок с параллельным соединением труб, состоящим из двух линий длиной L1 и L2 и диаметром D1 и D2. В точках В, С и Д заданы расходы воды QВ, QС и QD.

 

А
В
Qв
L1, D1, Q1
L2, D2, Q2
Qc
C
D
QD

Рис. 3.1. Расчетная схема трубопровода

Требуется:

1. Установить диаметр труб на участках АВ и СД по предельным расходам.

2. Определить распределение расходов по первой и второй линиям параллельного соединения трубопроводов.

3. Определить необходимый напор в точке А для обеспечения заданных расходов QВ, QС и QD при заданном свободном напоре в конце трубопровода Нсв, если известны длины участков АВ и СД.

4. Построить пьезометрическую линию по длине трубопровода.

Исходные данные:

L1= 200 м, L2=600 м, LAB=500 м, LCD=200 м.

D1=125 мм, D2=100 мм.

QB=30 л/с, QC=24 л/с, QD=6л/с.

Hсв=30 м.

Материал труб – сталь. Трубопровод расположен горизонтально.

Задача № 1.4

Гидравлический расчет кольцевого трубопровода

Задание:

Произвести гидравлический расчет двухкольцевой водопроводной сети, питаемой из водопроводной башни, расположенной в точке 1 (рис. 1.4.1), если известны узловые расходы в точках 2, 3, 4, 5, 6 и длины участков кольцевой сети. Местность горизонтальная, трубы чугунные. Свободные напоры в узловых точках сети должны быть не менее Hсв.

Требуется:

1) Определить диаметры трубопроводов на всех участках Di.

2) Определить высоту водонапорной башни Нб.

Исходные данные:

Q2=15 л/с; Q3=15 л/с; Q4=30 л/с; Q5=30 л/с; Q6=13 л/с;

l1-2=700 м; l2-3=700 м; l3-4=700 м; l1-4=700 м; l4-5=700 м; l5-6=700 м; l1-6=700 м; H=14м.

Материал труб – чугун. Трубопровод расположен горизонтально.

 

 

Рис. 1.4.1

Задача № 1.5

Задача № 1.6

Задание

По стальному трубопроводу длиной L, диаметром d и толщиной стенок δ перекачивается вода с расходом Q (рис. 1.6).

Требуется:

1. Определить повышение давления в трубопроводе, если время закрывания задвижки равно Тз.

2. Найти максимально допустимое давление для данного трубопровода, если допустимое напряжение стенок на разрыв σдоп=50 МПа.

3. Исходя из максимально допустимого повышения давления, определить минимально допустимое время закрытия задвижки.

 

Рис. 1.6

 

Исходные данные:

l=1400 м, d=250 мм=0,25 м, δ=6,5 мм, Q=70 л/с, σдоп=50 МПа, Тз=3 с.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2

Задача № 2.1

Расчет коллектора (канала)

Задание

Водосточный коллектор из сборного железобетона прямоугольного сечения шириной В проложен с уклоном i. Коэффициент шероховатости стенок коллектора n=0,015.

Требуется определить:

1. Глубину наполнения коллектора h при пропуске расхода Q.

2. Скорость движения v и состояние потока (спокойное или бурное).

 

Рис. 2.1.1. Схема водосточного коллектора

 

Исходные данные:

В=0,5 м; i=0,003; Q=0,5 м3/с; n=0,015.

Задача № 2.2

Задание

Самотечный канализационный трубопровод (коэффициент шероховатости стенок n=0,013) диаметром d (рис. 2.2.1) должен пропускать расчетный расход Q при скорости движения сточной жидкости, не менее самоочищающей vmin.

Требуется определить:

1. Возможный минимальный уклон трубопровода imin, обеспечивающий допустимую минимальную скорость движения сточной жидкости vmin.

2. Степень наполнения h/d трубопровода.

3. Допустимую максимальную пропускную способность данного трубопровода Qmax.

4. Скорость движения сточной жидкости v при максимально допустимом расходе Qmax.

Исходные данные:

d=300 мм=0,3 м; Q=36,8 л/с; n=0,013.

 

Рис. 2.2.1

 

Решение

1) Определим модули скорости и расхода при полном наполнении трубопровода (h=d), Wп и Кп (по приложению 5)

Wп=13,68 м/с; Кп=967 л/с.

2) Определим N и M - безразмерные величины, характеризующие отношения модулей скорости W и расхода К при заданной глубине наполнения h к модулям скорости и расхода при полном наполнении трубопровода.

Vмin=0,8 м/с (Приложения 6), тогда

3) Определяем степень наполнения канала h/d

При (рис. 2.2.2).

Допустимая степень наполнения канала h/d

(Приложение 7)

принимаем h/d=0,6.

При h/d=0,6, М=0,66, N=1,06 (рис. 2.2.2).

Определяем допустимую величину imin для допустимого максимального наполнения трубопровода h/d=0,6

Определяем скорость движения сточной жидкости при минимально возможном уклоне

Vmin=0,8 (приложение 6)

условие выполняется.

Определяем максимальную пропускную способность трубопровода

Qмах=36,7 л/с≈Q=36,8 л/с,

максимальная пропускная способность трубопровода Qмах равна заданному расчетному расходу Q, условие выполняется.

Ответ:

imin=0,0033; h/d=0,6; Qmax=36,7 л/с; v=0,833 м/с.

Задача № 2.3

Задание

Проектируемый горизонтальный отстойник (рис. 2.3), предназначенный для выделения из природной воды путем гравитационного осаждения находящихся в ней во взвешенном состоянии частиц с плотностью большей, чем плотность воды, должен иметь глубину Н и ширину В при заданной производительности Q.

Требуется определить:

1. Необходимую длину отстойника L для полного осаждения частиц, гидравлической крупностью u0=0,5 мм/с.

Исходные данные:

Н=3,0 м; В=3,0 м; Q=45 л/с; u0=0,5 мм/с; кинематический коэффициент вязкости принять ν=0,01 см2/с.

 

Рис. 2.3

Решение

1) Определим скорость движения воды в отстойнике

2) Определим режим течения

следовательно, движение ламинарное.

3) Определим необходимую (расчетную) длину отстойника при заданных условиях:

Ответ:

Длина отстойника L=30 м.

 

Задача № 2.4

Расчет водослива

Задание

Для измерения расхода воды в канале прямоугольного сечения шириной В установлен водослив с тонкой стенкой высотой Р (рис. 2.4).

 

 

Рис. 2.4

Определить расход воды в канале Q при напоре на водосливе Н и глубине воды в нижнем бьефе hнб.

Исходные данные:

Канал прямоугольного сечения; b=2,0 м; Р=1 м; Н=0,65м; hнб=1,2м.

 

Решение.

1. Определим условия затопления.

1.1. Необходимое условие затопления:

hнб=1,2м>Р=1,0 м – условие выполняется.

1.2. Достаточное условие затопления:

Величина относительного перепада Z/P при заданных условиях водослива будет равна

Т.к. 0,30<Z/P<2,50, принимаем (Z/P)кр≈0,70.

следовательно водослив затоплен.

2. Определим коэффициент затопления.

При заданных условиях водослива:

hп=hнб-Р=1,2-1=0,2 м; Z=H+Р-hнб=0,65+1-1,2=0,45 м

3. Определяем расход воды в канале.

При заданных условиях водослива m=0,42, b=2 м; H=0,65 м; σс=1; σз=0,966

Ответ:

Q=1,88 м3/с.

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3

Задача № 3.1

Расчет трубчатого колодца

Задание

Провести расчет одиночного совершенного трубчатого колодца.

Требуется определить:

1. Приток (дебит) безнапорных вод к трубчатому колодцу (рис. 3.1.1), если диаметр скважины d0, мощность водоносного слоя Н0, допустимая глубина откачки S. Грунт - среднезернистые пески (коэффициент фильтрации k=0,01 см/с).

2. Какое количество воды может принять этот же колодец, если его использовать как поглощающий с доведением глубины воды в нем до h0 (рис. 3.1.2)?

Исходные данные:

Диаметр скважины d0=0,2 м, мощность водоносного слоя Н0=8 м, допустимая глубина откачки S=2 м, глубины воды в поглощающемколодце h0=12 м; грунт – среднезернистые пески, коэффициент фильтрации k=0,01 см/с=0,0001 м/с.

 

Рис. 3.1.1

 

Рис. 3.1.2

Решение

1. Определяем радиус влияния скважины

2. Определяем приток воды к скважине (дебит скважины).

При заданных условиях h0=H0-S=8-2=6 м, r0=d/2=0,2/2=0,1 м

3. Определяем поглощающую способность колодца

Ответ:

1. Приток воды к скважине (дебит скважины) составит Q=1,37 л/с;

2. Поглощающая способность колодца составит Q=3,9 л/с.

Задача 3.2

Задание:

Для перехвата грунтовых вод с целью защиты от подтопления заглубленных сооружений, возводимых на заданном участке местности, предусматриватся устройство головного дренажа.

Определить удельный и суммарный фильтрационные расходы, произвести гидравлический расчет дрены и определить время, потребное для осушения местности в пределах полосы действия дрены.

 

 

 

Исходные данные:

Отметка поверхности земли (в створе дрены) - Ñ1 = 140,0 м

Отметка уровня грунтовых вод (в створе дрены) - ÑУГВ = 139,6 м.

Отметка водоупора (в створе дрены) - Ñ2 = 136,0 м.

Отметка дна начала дрены - Ñ0 = 136,0 м.

Диаметр дрены d - определить.

Длина дрены - l = 150 м.

Грунт - песок среднезернистый.

Коэффициент фильтрации - K = 15,0 м/сутки.

Коэффициент водоотдачи - m = 0,20.

Решение

Расстояние от низа дрены до водоупора

T = Ñ0 - Ñ2 =136,0 –136,0 = 0 м.

Вывод: дрена совершенна (располагается на водоупоре).

Высота непониженного уровня грунтовых вод

H = ÑУГВ - Ñ2 = 139,6 – 136,0 = 3,6 м.

В первом приближении принимаем диаметр дрены d = 200 мм, глубину воды в дрене

Перепадом уровней у дрены пренебрегаем Dh = 0.

Требуемое понижение уровня грунтовых вод у дрены

Радиус влияния дрены (формула (2))

Удельный расход фильтрационных вод (при одностороннем притоке)

Суммарный фильтрационный расход в конце дрены

Формулу для времени, потребного для осушения местности в пределах полосы действия дрены, получаем из формулы К.Лембке

откуда

где Ha – средняя мощность осушаемой зоны

м.

 

Гидравлический расчет дрены

Расход определяется по формуле Шези

Площадь живого сечения потока

Гидравлический радиус

м.

Коэффициент Шези по формуле Маннинга

Коэффициент шероховатости для полиэтиленовых труб n = 0,0086

Во избежание затопления трубы ее продольный уклон в минеральных грунтах должен быть не менее 0,0005 (стр. 29). Принимаем Io = 0,001 (заглубление трубы относительно верхнего конца на длине l = 150 м – 0,15 м). Тогда пропускная способность трубы составит:

При диаметре дрены d = 150 мм расчетный расход воды в дрене (285 м3/с) практически не изменится.

Расчет пропускной способности трубы

м.

м1/2/c.

Окончательно принимаем d = 150 мм, Io = 0,001.

Задача 3.3

Задание:

Для защиты от подтопления подвала сооружения, имеющего в плане вид прямоугольника, предусматривается устройство кольцевого дренажа.

Определить удельный и суммарный фильтрационные расходы, произвести гидравлический расчет дрены и построить кривую депрессии по внешним границам кольцевого дренажа.

Исходные данные:

Отметка поверхности земли - Ñ1 = 240,0 м.

Отметка уровня грунтовых вод - ÑУГВ = 239,0 м.

Отметка водоупора - Ñ2 =220,0 м.

Размеры сооружения в плане:

- длина - l = 30 м;

- ширина - b = 12 м.

Грунт участка местности - супесь.

Коэффициент фильтрации - K = 0,3 м/сутки.

Диаметр дрены - d = 0,10 м.

Решение

Мощность водоносного слоя

H = ÑУГВ - Ñ2 =239,0 –220,0 = 19,0 м.

Принимаем отметку заложения низа дрены (в верхней точке А) Ñ = 236,0 м (4 м ниже поверхности земли).

Понижение уровня грунтовых вод у дрены

Глубина погружения дрены от уровня грунтовых вод

Радиус влияния дрены

Удельный расход дрены (радиус дрены r = d/2 =0,05 м):

Общий расход в конце дрены

Q = q(l1 + l2) = 0,209(b + 2×2 + l + 2×2) = 0,209(12 + 30 + 8) = 10,45 м3/сутки.

Гидравлический расчет дрены

Расход определяем по формуле Шези

Принимаем уклон дрены I0 = 0,001 (см. задачу № 1).

По таблице для асбоцементных труб коэффициент шероховатости n = 0,0092.

Площадь живого сечения потока

Гидравлический радиус

Коэффициент Шези

Пропускная способность дрены

Окончательно принимаем (конструктивно) диаметр дрены d = 100 мм.

Определение ординат кривой депрессии и ее абсолютных отметок

Ординаты кривой депрессии определяем по формуле (9) или по упрощенному уравнению (40), отсчитывая ординаты от уровня воды в дрене.

H = S0 = 2,95 м.

 

Расчет производим в табличной форме.

x Абс. отм. кривой депрессии, м Ñ + 0,05 + Z= = 236,05 + Z
0,1754 0,419 1,26 – 0,05 = 1,21 1,24 237,3
0,3509 0,592 1,78 – 0,05 = 1,73 1,75 237,8
0,5263 0,725 2,18 – 0,05 = 2,13 2,14 238.2
0,7018 0,838 2,51 – 0,05 = 2,46 2,47 238,5
0,8772 0,937 2,82 – 0,05 = 2,76 2,76 238,8
5,7 3,00 – 0,05 = 2,95 2,95 239,0

5,7
x м
Z м

 

 

Приложение 1

Предельные расходы Q, л/с и скорости v, м/с в водопроводных трубах

Диаметр условного прохода D (мм) Трубы
Стальные Чугунные
Q v Q v
11,7 1,15 9,4 1,15
16,6 1,19 15,0 1,18
21,8 1,12 25,3 1,40
29,2 1,30 - -
46,0 1,34 45,8 1,42
71,0 1,34 73,5 1,46
1,35 1,48
1,35 1,53
1,36 1,56

 

Приложение 2

Удельные сопротивления S0, с26 и расходные характеристики К, м3/с для бывших в эксплуатации водопроводных труб при скорости v 1,2 м/с

Диаметр условного прохода D ( мм ) Трубы
Стальные Чугунные
S0кв Ккв S0кв Ккв
0,076 0,0565
76,4 0,114 96,7 0,102
30,65 0,181 37,1 0,164
20,8 0,219 - -
6,96 0,379 8,09 0,352
2,19 0,675 2,53 0,628
0,85 1,085 0,95 1,097
0,373 1,637 0,437 1,512
0,191 2,288 0,219 2,14

 

Приложение 3

Значение поправочного коэффициента К1 в зависимости от средней скорости движения потока v

v, м/с 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60
K1 1,41 1,33 1,28 1,24 1,20 1,175 1,15 1,13 1,115
v, м/с 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 1,00 1,10 1,20
K1 1,10 1,085 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,015 1,00

 

Приложение 4

Коэффициент сопротивления всасывающих клапанов с сеткой

d, мм
ξкл 8,5 5,2 4,4

 

Приложение 5

Значения модулей расхода Кп и скорости Wп для труб круглого сечения, вычисленные по формуле Маннинга (при n=0,013 )

d, м 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,2 1,4 1,5
Kn, л/с
Wn, м/с 13,68 16,57 19,23 21,77 24,07 26,31 30,53 34,47 38,2

 

Приложение 6

Допустимые наименьшие скорости vmin для бытовых сточных вод при наибольшем расчетном наполнении труб диаметром d

d, мм 150-250 300-400 450-500 600-800 900-1200 130-150
vmin, м/с 0,7 0,8 0,9 1,0 1,15 1,3

 

Приложение 7

Допустимое наполнение трубопроводов h/d в зависимости

от диаметров труб d

d, мм 150-300 350-450 500-900 >900
h/d 0,6 0,7 0,75 0,8

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.