Реконструкция инженерных систем и сооружений

       При других (промежуточных) значениях наполнений для определения гидравлического радиуса  R и  живого сечения ω должны использоваться формулы: R=d{0,1277ln(h/d)+0,3362}и ω=d2{0,9339(h/d)-0,0723}.

 

4. Пример выполнения курсового  проекта по исходным данным, представленным в пунктах 1, 2 и 3

 

Раздел I: Реновация водопроводных сетей

 

А. Реновация стальных трубопроводов

Результаты решения задачи 1: расчет остаточного ресурса участка ветхого стального трубопровода по толщине стенки и скорости коррозии.

Результаты счета, т.е. распечатки (по решению данной задачи и последующих) могут быть получены пользователем путем подстановки представленных выше исходных данных в соответствующую компьютерную программу.

Результат работы автоматизированной программы показывает, что минимальный остаточный ресурс ремонтного участка стального трубопровода составляет 5,22 лет, т.е. его несущая способность не исчерпана.

Результаты решения задачи 2: определение толщины и модуля упругости защитного покрытия (внутреннего полимерного рукава), обеспечивающего несущую способность участка новой трубной конструкции «сталь + полимерный рукав (ПР)».

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Сталь + ПР» показывают, что при заданной остаточной толщине стенки на ремонтном участке трубопровода базовая толщина защитного покрытия  должна составлять 21,588 мм (0,021588 м), а с учетом повышающих коэффициентов 27,525 мм (0,027525 м) при исходном модуле  упругости 300000 т/м2, что обеспечивает несущую способность ремонтного участка новой трубной конструкции «сталь + ПР».

Внутренний диаметр ремонтного участка после нанесения ПР составит  1,4 – 0,027525х2 = 1,34495 м.

Результаты решения задачи 3: определение параметров санации ветхого участка трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ).

а). Для ремонтного участка стального трубопровода диаметром 1,4 м при величине остаточного ресурса 5,22 лет представляется возможным произвести санацию ЦПП* (*Примечание:  проведение санации с помощью ЦПП  возможно, если минимальный остаточный ресурс составляет 3 и более лет; в данной ситуации  при значительном ресурсе толщина слоя ЦПП должна составить 12 мм (0,012 м); в результате внутренний диаметр трубы уменьшился бы на 24 мм (0,024) и составил 1,4 – 0,012х2 = 1,376 м.

б). В случае использования для ремонта участка протаскиваемой полиэтиленовой трубы наружным диаметром 1,2 м с толщиной стенки 0,0462 м внутренний диаметр трубопровода на ремонтном участке составит 1,2 – 0,0462х2 = 1,1076 м.

Результаты решения задачи 4: Проведение гидравлического расчета новых трубных конструкций «сталь + ПР», «сталь + ЦПП» и «сталь + ПЭ»  с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с ветхим трубопроводом.

а). сталь + ПР.

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления стального трубопровода АСТ , коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δ h на всем стальном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L = 1870 м, начальном давлении 54,2 м, при расходе q = 2,95 м3/с  и на  ремонтном участке соответствующей длины 0,75L = 1402,5 м с учетом его расположения Н (т.е. начало трубопровода): 

АСТ = 0,0017d-5,1716 = 0,0017х1,4-5,1716 = 0,000298355;  

АПР = 0,0007d-5,2791 = 0,0007х1,34495-5,2791 = 0,000146435;  

Δ h = АСТLq2 = 0,000298355х1870х2,952 = 4,855 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 54,2 – 4,855 = 49,345 м)

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ hст = АСТ0,75Lq2 = 0,000298355х1402,5х2,952 = 3,641 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ hпр = АПР0,75Lq2 = 0,000146435х1402,5х2,952 = 1,787 м

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ hст - Δ hпр = 3,641 – 1,787 = 1,854 м

Вывод: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 1,787 м вод. ст. и становится равным 49,345 + 1,787 = 51,132 м.

С учетом начальных и полученных в результате расчета величин давления на одном поле строятся 2 пьезометрических профиля для всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке (см. прил. 1).

б). сталь + ЦПП

Коэффициент удельного сопротивления на ремонтном участке рассчитывается по формуле:

АЦПП = 0,0009d-5,2279 = 0,0009х1,4-5,2279 = 0,000154988;  

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ hст = АСТ0,75Lq2 = 0,000298355х1402,5х2,952 = 3,641 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ hЦПП = АЦПП0,75Lq2 = 0,000154988х1402,5х2,952 = 1,892 м

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ hст - Δ hЦПП = 3,641 – 1,892 = 1,749 м

Вывод: гидравлический дисбаланс положительный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом возрастает на 1,749 м вод. ст. и становится равным 49,345 + 1,749 = 51,094 м.

в). сталь + ПЭ 

Коэффициент удельного сопротивления полиэтиленовой трубы рассчитывается по формуле:

АПЭ = 0,001.d-5,316 = 0,001х1,1076-5,316 = 0,000580845;

Δ hпэ = АПЭ0,75Lq2 = 0,000580845х1402,5х2,952 = 7,089 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ hст - Δ hпэ = 3,641 – 7,089 = -3,448 м

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом снизится на 3,448 м вод. ст. и становится равным 49,345 - 3,448 = 45,897 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (49,345 - 45,897) .100 / 49,345 = 6,987 %.

 

Б. Реновация асбестоцементных, чугунных и железобетонных трубопроводов

Результаты решения задачи 1: определение толщины и модуля упругости защитного покрытия (внутреннего полимерного рукава), обеспечивающего несущую способность восстановленного участка новой трубной конструкции «материал трубопровода + полимерный рукав» для двух альтернативных случаев: ненарушения и нарушения несущей способности ветхого трубопровода.

а). асбестоцементный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей способности асбестоцементного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 24 мм (0,024 м), а при нарушении 33 мм (0,033 м). Модули упругости полимерного рукава для двух случаев остаются неизменными – 500000 т/м2.

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка асбестоцементного трубопровода при ненарушении его несущей способности после нанесения ПР составит  0,5 – 0,024х2 = 0,452 м, а при нарушении – 0,5 – 0,033х2 = 0,434 м.

б). железобетонный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы показывают, что для случая ненарушения несущей способности железобетонного трубопровода толщина слоя полимерного рукава составляет 6 мм (0,06 м), а при нарушении 27 мм (0,027 м). При этом модули упругости полимерного рукава различны: при ненарушении несущей способности – 200000 т/м2, а при нарушении – 500000 т/м2.

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка железобетонного трубопровода при ненарушении его несущей способности после нанесения ПР составит 1,4 – 0,006х2 = 1,388 м, а при нарушении – 1,4 – 0,027х2 = 1,346 м.

в). чугунный трубопровод;

Результаты счета (распечатки) по результатам работы автоматизированной программы «Полимерный рукав (напорный режим эксплуатации)» показывают, что  для случая ненарушения несущей способности чугунного трубопровода надежность обеспечена, а при нарушении - 35 мм (0,035 м), модуль упругости 100000 т/м2.

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного трубопровода при нарушении –    0,2 – 0,035х2 = 0,13 м.

Результаты решения задачи 2: определение параметров санации ветхого участка трубопровода путем нанесения цементно-песчаного покрытия (ЦПП) и протаскивания полиэтиленовой трубы (ПЭ).

а). Нанесение ЦПП может производиться лишь на чугунный трубопровод в случае ненарушения несущей способности ремонтного участка. Для диаметра трубопровода 0,2 м толщина слоя ЦПП должна составить 0,007 м.

Таким образом, внутренний диаметр ремонтного участка чугунного трубопровода при ненарушении несущей способности чугунного трубопровода после нанесения ЦПП составит  0,2 – 0,007х2 = 0,186 м.

б). Протаскивание полиэтиленовой трубы на ремонтном участке всех типов трубопроводов приведет к следующим изменениям внутреннего диаметра:

-для асбестоцементного трубопровода  диаметром 0,5 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,45 м: 0,45 – 0,0174х2 = 0,4152 м;

-для железобетонного трубопровода  диаметром 1,4 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 1,2 м: 1,2 – 0,0462х2 = 1,1076 м;

-для чугунного трубопровода диаметром 0,2 м при использовании полиэтиленовой трубы диаметром 0,18 м: 0,18 – 0,0076х2 = 0,166 м;

Результаты решения задачи 3: проведение гидравлического расчета новых трубных конструкций «материал трубопровода + ПР», «материал трубопровода + ЦПП» и «материал трубопровода + ПЭ» с построением пьезометрического профиля для оценки гидравлической совместимости нового (восстановленного) участка с действующим трубопроводом по величинам потерь напора.

а). асбестоцементный трубопровод;

Конструкция «асбестоцемент + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода ААЦ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δ h на всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,5 м, длиной L = 600 м, начальном давлении 29,2 м,  при расходе q = 0,28 м3/с  и на  ремонтном участке соответствующей длины 0,75L = 450 м: 

ААЦ = 0,0024d-4,9384 = 0,0024х0,5-4,9384 = 0,073589825;  

АПР = 0,0007d-5,2791 = 0,0007х0,452-5,2791 = 0,046308075  (при ненарушении несущей способности);

АПР = 0,0007d-5,2791 = 0,0007х0,434-5,2791 = 0,057388650  (при нарушении несущей способности);

Δ h = ААЦLq2 = 0,073589825х600х0,282 = 3,462 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 29,2 – 3,462 = 25,738 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ hац = ААЦ0,65Lq2 = 0,073589825х450х0,282 = 2,596 м

и после проведения санации полимерным рукавом

Δ hпр = АПР0,65Lq2 = 0,046308075х450х0,282 = 1,63 м (при ненарушении несущей способности);

Δ hпр = АПР0,65Lq2 = 0,057388650х450х0,282 = 2,02 м (при нарушении несущей способности);

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ hац - Δ hпр = 2,596 – 1,63 =   0,966 м (при ненарушении несущей способности);

Δ hац - Δ hпр = 2,596 – 2,02 =   0,576 м (при нарушении несущей способности);

Вывод:

-при ненарушении несущей способности  гидравлический дисбаланс; давление  в конечной точке трубопровода  после ремонта начального участка  полимерным рукавом возрастает на 0,996 м вод. ст. и станет равным 25,738 + 0,966 = 26,704 м.

-при нарушении несущей способности  гидравлический дисбаланс положительный; давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полимерным рукавом увеличится на 0,576 м вод. ст. и станет равным 25,738 + 0,576 = 26,314 м, т.е. также практически не изменится.

-учитывая незначительные расхождения  в полученных результатах принимается  решение проводить санацию полимерным  рукавом для наиболее сложного  режима работы, т.е. при нарушении несущей способности трубопровода: толщина слоя полимерного рукава 33 мм (0,033 м), а модуль упругости – 500000 т/м2.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (25,738 – 26,314).100 / 25,738 = 2,23 %.

С учетом начальных и полученных в результате расчета величин давления на одном поле строятся 2 пьезометрических профиля для всего трубопровода до ремонта и после ремонта на отдельном участке (аналогично рис. 1 и 2).

Конструкция «асбестоцемент + ПЭ»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления асбестоцементного трубопровода ААЦ, коэффициент удельного сопротивления полиэтиленового трубопровода АПЭ, потери напора Δ h на всем асбестоцементном трубопроводе диаметром 0,5 м, длиной L = 600 м, начальном давлении 29,2 м,  при расходе q = 0,28 м3/с  и на  ремонтном участке соответствующей длины 0,75L = 450 м: 

ААЦ = 0,0024d-4,9384 = 0,0024х0,5-4,9384 = 0,073589825;  

АПЭ = 0,001.d-5,316 = 0,001х0,4152-5,316 = 0,106990189;

Δ h = ААЦLq2 = 0,073589825х600х0,282 = 3,462 м (т.е. давление в конце трубопровода снизится до 29,2 – 3,462 = 25,738 м);

Расчету подлежат также потери напора на ремонтном участке до проведения санации

Δ hац = ААЦ0,75Lq2 = 0,073589825х450х0,282 = 2,596 м

и после проведения санации полиэтиленовой трубой

Δ hпэ = АПЭ0,75Lq2 = 0,106990189х450х0,282 = 3,775 м;

Таким образом, разница в потерях напора составит:

Δ hац - Δ hпэ = 3,462 – 3,775 = - 0,313 м;

Вывод: гидравлический дисбаланс отрицательный, т.е. давление в конечной точке трубопровода после ремонта начального участка полиэтиленовой трубой снизится на 0,313 м вод. ст. и станет равным 25,738 - 0,313  = 25,425 м.

Процент снижения давления от расчетного до ремонта составит (25,738 – 25,425).100 / 25,738 = 1,22 %.

б). железобетонный трубопровод;

Конструкция «железобетон + ПР»

Используя исходные данные, рассчитываются коэффициент удельного сопротивления железобетонного трубопровода АЖБ, коэффициент удельного сопротивления полимерного рукава АПР, потери напора Δ h на всем железобетонном трубопроводе диаметром 1,4 м, длиной L = 2050 м, начальном давлении 37,1 м, при расходе q = 2,55 м3/с  и на  ремонтном участке соответствующей длины 0,65L = 1332,5 м: