Расчет водонапорной башни

Исходные  данные

 

Составить расчет к проекту  водоснабжения из артезианской скважины населенного пункта, используя следующие  данные:

1. План населенного пункта и водопроводной сети в масштабе 1:10000 с указанием расположения источника воды (артезианской скважины), а также отметок поверхности земли в узловых и концевых точках.

 

 

 Данные о количестве основных потребителей и нормах водопотребления в сутки наибольшего расходования воды.

 

Потребители	Норма, л/сутки	Количество     потребителей, шт.
Жители	60	2000
Автомашины	140	39
Тракторы	140	20
КРС	50	1500
Свиньи	45	200
Овцы и козы	8	300

 

2. Кривая суточного графика водопотребления, а так же данные для построения интегральных графиков водоподачи и водопотребления.

 

 

 

 

 

3. Данные о величине узловых расходов в % от общего пикового расхода.

№№  узлов	1	2	3	4	5	6	7
Узловые расходы  в % от общего пикового расхода	6,5	7,6	9,0	5,5	11,3	6,5	9,7
№№  узлов	8	9	10	11	12	13	14
Узловые расходы  в % от общего пикового расхода	8,5	1,9	3,2	3,6	14,5	6,2	6,0

 

4. Значения экономичных скоростей и экономичных расходов при различных диаметрах труб.

 

Диаметр труб, мм	50	75	100	125
Экономичная скорость, м/с	0,4 - 0,5	0,5 - 0,6	0,65 - 0,7	0,7 - 0,75
Экономичный расход, л/сек	0,8 - 1,0	2,2 - 2,6	5,1 - 5,5	8,5 - 9,2

 

5. Глубина от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине:

                   h_д = 60 м

 

Расчет  проекта водоснабжения населенного  пункта.

1. Определить потребный объем воды в сутки наибольшего водопотребления. Расчет свести в таблицу.

 

Потребители	Норма, л/сутки (qcp)	Количество потребителей, шт (n)	Суточный объем  водопотр., л (Qср. сут)
Жители	60	2000	120000
Автомашины	140	39	5460
Тракторы	140	20	2800
КРС	50	1500	75000
Свиньи	45	200	9000
Овцы и козы	8	300	2400

 

Суммарный суточный потребный объём воды в сутки  наибольшего водопотребления равен 214660 л/сут.

         2. Определить пиковый расход в л/сек.

Наибольший расход по графику суточного водопотребления  происходит с 8 часов до 12 часов и  составляет 5,8 %.

 

 

 

 

         3. Определить узловые расходы, сведя расчет в таблицу.

Расход на первом узле составляет по таблице 6,5 %. Таким  образом, 6,5 % от 3,46 составляет 0,225 л/сек. Аналогично вычислим узловые расходы для всех остальных узлов на калькуляторе и занесём полученные данные в таблицу.

= 3,46 · 6,5 / 100 = 0,306 л/сек

 

№№  узлов	Узловые расходы в % от пикового расхода	Узловые расходы,  л/сек
1	6,5	0,225
2	7,6	0,263
3	9,0	0,311
4	5,5	0,19
5	11,3	0,391
6	6,5	0,225
7	9,7	0,336
8	8,5	0,294
9	1,9	0,066
10	3,2	0,11
11	3,6	0,125
12	14,5	0,5
13	6,2	0,215
14	6,0	0,21
Сумма	100	3,46

4. Расчёт в ветвях. Диаметры труб.

 Гидравлические  потери

 

Вычислить расходы  в ветвях и подобрать диаметры труб по направлению к возможным  диктующим точкам, пользуясь таблицей экономичных скоростей и расходов. Учесть, что минимально допустимый диаметр внешней водопроводной сети равен 50 мм. Вычислить гидравлические потери в трубах подобранного диаметра, пользуясь таблицами Шевелева. Местные потери принять равными 10% потере по длине. Расчет свети в таблицу.

Расчитываем узловые расходы.

q_14-12=q₁₄=0,21

q_6-12=q₁₄+q₁₂+q₁₃=0,21+0,5+0,215=0,925

q_5-6=q_6-12+q₆=0,925+0,225=1,15

q_9-8=q₉=0,066

q_8-7=q₉+q₈+q₁₀=0,066+0,294+0,11=0,47

q_7-5=q_8-7+q₁₁+q₇=0,47+0,125+0,336=0,931

q_5-3=q_7-5+q_5-6+q₅=0,931+1,15+0,391=2,472

q_3-2=q_5-3+q₄+q₃=2,472+0,19+0,311=2,973

q_1-2=q_3-2+q₂=2,973+0,263=3,236

q_1-0=q_1-2+q₁=3,236+0,225=3,46

По рассчитанному  расходу по таблицам Шевелева подбираем  диаметр труб.

 

 

5.Рассчитываем гидравлические потери в трубах данного диаметра

Σh _w до точки №9:

Σh _w = ++++2,198 м

Σh _w до точки №14:

Σh _w = 2.356 м

 

Все полученные данные занесём в таблицу:

№№ ветвей	Длина, м	Расход, л/сек	d, мм	1000i	Hтр, м	hw=1,1hтр, м	Σh w до точек №9 и №14
0 –  1	120	3,46	100	2,48	0,298	0,328
1 –  2	300	3,236	100	2,21	0,663	0,729
2 –  3	130	2,973	100	1,97	0,256	0,282
3 –  5	190	2,472	100	1,31	0,249	0,274
5 –  7	150	0,931	75	0,884	0,133	0,146
7 –  8	180	0,47	50	2,15	0,387	0,426
8 –  9	150	0,066	50	0,08	0,012	0,013	2,198
5 –  6	350	1,15	75	1,49	0,522	0,574
6 –  12	130	0,925	75	1,06	0,138	0,152
12 –  14	500	0,21	50	0,03	0,015	0,017	2.356

1:10000 -  точность  масштаба будет равна 1м.

                                         В этом масштабе 1см=1000см, т.е 100м

 

Пример подсчета: =

 

 

6. Определить диктующую точку

Диктующую точку  определим по максимальной сумме Δz+ Σhw , где

ΔZ = Zд – Zб – разность отметок поверхности земли у возможной диктующей точки у водонапорной башни.

Рассмотрим точку  номер 9, так как она наиболее удалена  от водонапорной башни.

ΔZ = Zд – Zб = 100,6 – 105,6 = -5,9 м

Δz+ Σhw=-5,9+2,198=-3,702 м

Рассмотрим точку  номер 14.

ΔZ = Zд – Zб = 88 – 105,6 = -17.6 м

Δz+ Σhw=-17.6+2,356=-15.244 м

 

Диктующая точка  – H₉. Главная магистраль 0-9.

 

Пункты 6 и 8. выполнены  в графическом виде на прилагаемом  к курсовой работе чертеже.

 

   7.Определить высоту водонапорной башни по формуле:

Hб = ΔZ + Σhw + hсв

где ΔZ + Σhw - сумма, определенная для диктующей точки;

hсв – свободный напор.

ΔZ = Zд – Zб = 100,6-105,6= -5,9 м

Σhw = 2,198 м (по магистральному трубопроводу (Σh _w до точки №9))

hсв = 10 м

Hб = -5,9 + 2,198 +10 = 7 м(принимаем высоту башни равной 9м.)

H_б = 9 + 2 = 11 м (с баком)

 

 

 

 

 

 Определим расчётный  расход насосной станции в  м³/час, полагая её работу равномерной в течение 16 часов, с 5 до 21 часа. Вычислим потребный объём водонапорного бака методом построения интегральных графиков водоподачи и водопотребления.

 

Часы суток, ч.	Часовое потребление воды в % от суточного	Суммарное часовое потребление  воды в % от суточного
1	1,8	1,8
2	1,8	3,6
3	1,8	5,4
4	3,8	9,2
5	4,5	13,7
6	4,5	18,2
7	4,5	22,7
8	4,5	27,2
9	5,8	33
10	5,8	38,8
11	5,8	44,6
12	5,8	50,4
13	3,5	53,9
14	3,5	57,4
15	5,5	62,9
16	5,5	68,4
17	4,5	72,9
18	4,5	77,4
19	5	82,4
20	5	87,4
21	5	92,4
22	3	95,4
23	2,3	97,7
24	2.3	100

 

Определяем расчетный  расход насосной станции в м³/час,

Q_н.с.= _м³/час =3,764л/сек

T- время работы  насосной станции.

 

Объем бака водонапорной башни  определяется как сумма объемов  на водопотребление, пожарные и аварийные водоснабжение.

1. Объем воды на водопотребление

W_рег.=_{45,72 м}³

Объемы на аварийное и  пожарное водоснабжение определяется как 10% и 30% от объема воды на водопотребление 

2. Объем воды на аварийное водоснабжение

=* 10%, м³

=45,72 *10%=4,572 м³

3. Объем воды на пожарное водоснабжение

=*30%, м³

=45,72 *30%=13,716 м³

4. Объем бака

=++, м³

= 45,72 +4,572+13,716=64,008 м³

 

8. Определяем напор насосной  станции.

H_н.с.=H_б+h_д+h_б+∑h_w+Δz=9+60+2+2,941-5≈68,9 (м)

h_б=2 м - высота бака,

h_д=60 м - глубина от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине.(т.4, в.13)

 

∑h_w=1,1·L·1000i=1,1·0,086·44,1=4,17 (м)

L= H_б+h_д+h_б+15=9+60+2+15=86 (м)

 

1000i=44,1 для водоподъемной  трубы мм (т. Шевелева)

 

Расход  насоса, м3/час	10 –  13,5	14 - 17
Диаметр водоподъемной трубы, мм	50	70

По каталогу-справочнику  «Скважинные центробежные насосы»  выбираем марку насоса по расчетной  подаче равной Q = 13,55 м³/час и напору Н = 68,9 м, [ ЭЦВ_-__₁-__₂ ]

Э - электродвигатель;  _ – диаметр обсадной колонны (уменьш. в 25 раз), мм 

Ц - центробежный;     __₁ – подача насоса, м³/час

В – для воды;          __₂ – напор насосной станции, м

    9. Подбираем погружной артезианский насос по каталогу:

Марка	Подача, м3/час	Напор, м
ЭЦВ 6-16-80	16	80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спец. вопрос

Водозаборные  сооружения из подземных источников 
 
     Выбор типа сооружения для приема подземных вод зависит от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта. Сооружения для приема подземных вод могут быть подразделены на четыре вида: водозаборные скважины; шахтные колодцы; горизонтальные водозаборы; каптажные камеры. 
      Водозаборные скважины (трубчатые колодцы) служат для приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Это наиболее распространенный вид водозаборных сооружений для систем водоснабжения городов, сельских населенных пунктов и промышленных предприятий. Их устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. По мере заглубления скважины диаметр обсадных труб уменьшают. В результате скважина приобретает телескопическую форму. Зазоры между отдельными обсадными трубами за (тампонируют) цементным раствором. В скальных грунтах стенки скважин обсадными трубами не крепят. Над верхом скважины устраивают кирпичную, бетонную или железо бетонную камеру. В нижней части скважины устанавливают фильтр. 
     Водозаборные скважины размещают перпендикулярно направлению потока подземных вод. Их количество зависит от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта. В зависимости от глубины залегания динамического уровня воды, она либо сам изливается из скважин в сборные резервуары, либо (при глубоком залегании) ее выкачивают насосами. 
     Шахтные колодцы служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30 м. 
      Они представляют собой вертикальный проем в грунте, доходящий до водоносного слоя. Такие колодцы делают из бетона, железобетона, кирпича, бутового камня и дерева. Их, как правило‚ опускным способом. Наиболее часто для них используют бетонные кольца круглой формы в деревянные срубы квадратной формы в плане. В дне шахтных колодцев для приема волы устраивают обратные фильтры, т.е. насыпают песок, грашебень, увеличивая крупность зерен снизу вверх. Чтобы усилить поступление воды, в стенках колодцев делают отверстия, для чего используют бетонированные трубы, фильтры или зазоры кладки. С этой же целью донный фильтр увеличивают по площади или за счет его радиального расположения (лучевой водозабор). 
      Шахтные колодцы располагают перпендикулярно направлению потока грунтовых вод. При значительной потребности в воде устанавливают несколько колодцев, связанных сифонами со сборной емкостью из которой воду насосами перекачивают в очистные сооружения или к потребителю. 
      Горизонтальные водозаборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8 м) при малой мощности водоносного горизонта. Их выполняют в уровне залегания водоносного слоя из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиям, для горизонтальных водозаборов целесообразно использовать трубы овоидального сечения, у которых больше площадь водоприемной поверхности. Для предотвращения засорения их обсыпают фильтрующей песчано-гравийной смесью. Чтобы исключить поступление в водозаборы загрязненных поверхностных вод, в уровне земли над ними устраивают глиняную подушку. 
      Простейшие горизонтальные водозаборы выполняют из коротких труб с зазорами в местах соединений, из кирпичной или бутовой кладки без раствора. Для их осмотра и очистки через каждые 50... 150 м по их длине устраивают смотровые колодцы. 
     Каптажные камеры используют для получения ключевой воды. Для сбора вод восходящих ключей устраивают каптажные камеры в виде шахтных колодцев, располагая их над местами выходов воды, а для приема вод нисходящих ключей выполняют каптажные камеры с забором воды через боковые стенки в виде горизонтальных водозаборов.