Гидравлический расчет водоотводящей сети

Гидравлический расчет сети заключается в определении минимальных диаметров труб, уклонов, скорости движения потоков сточной жидкости и степени наполнения трубопроводов.

Для гидравлического расчета сети используют формулы установившегося и равномерного движения потока:

где q – расчетный расход сточных вод, м3/с; ω – площадь живого сечения, м2; " – средняя скорость течения, м/с:

где С – коэффициент сопротивления трения по длине; R – гидравлический радиус; i – гидравлический уклон, равный уклону лотка при равномерном движении:

где g – ускорение свободного падения; λ – коэффициент сопротивления трению но длине.

Практически расчеты по определению уклона, скорости и диаметра труб выполняют по таблицам для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле Η. Н. Павловского.

На основании опыта эксплуатации и технико-экономических расчетов водоотводящих сетей установлены минимальные диаметры труб (в мм).

Водоотводящую сеть рассчитывают на частичное наполнение труб, что позволяет создать лучшие условия для транспортирования взвешенных загрязнений; обеспечить вентиляцию сети для удаления вредных и опасных газов, выделяющихся из жидкости; создать некоторый резерв в сечении труб для пропуска расхода, превышающего расчетный.

Степень наполнения труб характеризуется величиной Η/D (Я – высота потока жидкости; D – диаметр трубы).

При проектировании одной из важнейших задач является обеспечение необходимой скорости при водоотведении расчетных расходов, обеспечивающих процесс самоочищения трубопроводов, т.е. исключая их заиливание и биообрастаниt.

Диаметр трубопроводов определяется гидравлическим расчетом. Однако при небольших расходах (до 10 л/с) диктующими оказываются эксплутационные требования. В соответствии с этим СНиП 2.04.03–85 установлено, что наименьший диаметр труб следует принимать для бытовой системы водоотведения: уличной – 200 мм, внутриквартальной – 150 мм; для ливневой и общесплавной: уличной – 250 мм, внутриквартальной – 200 мм.

Расчетные скорости движения сточных вод следует принимать в зависимости от степени наполнения труб, которое не должно превышать значений, приведенных ниже, и быть не менее 0,7 м/с.

Наполнение труб, соответствующее пропуску расчетного расхода, называют расчетным. Расчетное наполнение принимают в зависимости от диаметра труб:

Диаметр трубы, мм	150...250	300...400	450...900	1000...1200	1500
Наполнение, не более	0,6	0,7	0,75	0.8	0,8
Самоочищающая скорость, м/с	0,7	0,8	0,9...1,0	1,15	1,3

Во избежание заиливания водоотводящих сетей трубопроводам придают надлежащие уклоны, обеспечивающие течение жидкости с самоочищающими скоростями. Расчет водоотводящей сети ведут на расчетную скорость.

Расчетной называют скорость течения жидкости при расчетном (qmах г) расходе и расчетном наполнении. Расчетные скорости назначают в пределах между наименьшей и наибольшей допустимыми скоростями течения.

Наименьшей расчетной (незаиливающей) называют наименьшую скорость течения, при которой обеспечивается самоочищение труб. Минимальную расчетную скорость в сети бытовой водоотводящей сети рекомендуется принимать в зависимости от диаметра труб.

Максимальные расчетные скорости (в м/с) принимают в зависимости от механической прочности материала труб и исходя из условий исключения истирания труб песком: для металлических труб – не более 8, неметаллических – не более 4. В ливневой водоотводящей сети скорости должны быть соответственно не более 7 и 10.

Для гашения скорости необходимо уменьшить гидравлические уклоны труб или сооружать перепадные колодцы.

Минимальная расчетная скорость движения жидкости в дюкерах принимается не менее 1 м/с.

Для самоочищения трубопроводов водоотводящей сети следует соблюдать принцип нарастания скорости вдоль потока.

Уклон трубопровода принимается с учетом рельефа местности и критической скорости движения жидкости.

Предварительно уклон труб определяется по уклону местности, так как наиболее экономичной является укладка труб параллельно поверхности земли на допускаемой

глубине заложения. Если рельеф местности плоский, то для уменьшения заглубления трубопровода трубы укладывают с наименьшим уклоном.

Наименьшие уклоны трубопроводов (в мм), обеспечивающие незаиливающие скорости, при расчетном наполнении для всех систем водоотведения следует принимать: для труб D = 150 – 0,008; D = 200 – 0,007; D = 1250 и более – 0,0005.

Рис. 10.8. Продольный профиль коллектора

В результате гидравлического расчета водоотводящей сети по расходам с учетом расчетного наполнения и самоочищающей скорости определяют диаметры и уклоны трубопроводов, а затем составляют продольный профиль сети (рис. 10.8). В начале вычерчивают профиль поверхности земли ио трассе коллектора. Затем на профиль наносят расчетные точки, определяют длину расчетных участков, начальное заглубление трубопровода и выявляют участки, диктующие глубину заложения коллектора. Одновременно на профиль наносят результаты вычислений d, i, qmax c , v, h/d и указывают принятый материал труб.

На профиле должны быть детально отражены пересечения водных препятствий, шоссейных и железных дорог, а также указано расположение по вертикали трубопроводов различных сетей и т.д.

Стоимость и сроки строительства водоотводящей сети определяет глубина заложении трубопроводов, которую принимают по возможности минимальной, учитывая защищенность труб от механических повреждений; предохранение сточных вод в трубопроводах от замерзания; возможность присоединения внутриквартальной сети от уличной.

Отметку лотка в начальной точке сети определяют из условия глубины заложения наиболее удаленного домового выпуска. Для этого устанавливают минимальную глубину начального выпуска заложения дворовой сети.

В южных районах минимальную глубину заложения выпусков из здании принимают 0,7 м до верха трубы, что обеспечивает водоотведение от приемников, расположенных на первом этаже на уровне поверхности земли. Кроме того, указанная глубина достаточна и для предохранения труб от воздействия статических и динамических нагрузок.

В северных районах глубину заложения домовых выпусков определяют из условий глубины промерзания грунта: при диаметре труб до 500 мм – на 0,3 м, а при бо́льших диаметрах – на 0,5 м менее наибольшей глубины промерзания грунта, но не менее 0,7 м до верха трубы.

Начальная глубина заложения трубопроводов уличной сети (рис. 10.9), м,

где h – наименьшая глубина заложения домового выпуска из здания в наиболее удаленном колодце внутриквартальной сети, м; i – уклон водоотводящей сети; L – длина дворовой водоотводящей сети от наиболее удаленного колодца до контрольного колодца, м; l – длина соединительной линии от контрольного колодца до смотрового колодца уличной сети, м; z1 – отметка поверхности земли у колодца на улице, м; z2 – отметка поверхности земли у наиболее удаленного колодца, м; Δd – перепад между лотками соединительной ветки и уличной трубы, м.

Рис. 10.9. Схема для определения начальной глубины заложения трубопроводов уличной сети:

1 – жилые дома; 2 – дворовая сеть; 3 – колодец уличной сети

Отметки последующих точек определяют по результатам гидравлического расчета сети, м:

где Нп – отметка предыдущей точки; i – уклон трубопровода; Ln +1 – длина участка между расчетными точками.

Соединяют трубы в колодце по высоте в соответствии с отметками уровня воды, не допуская подпора в вышележащих участках сети. При этом во всех случаях дно лотка присоединяемых труб не должно быть ниже лотка отводящей трубы.