Гідравлічний розрахунок водогінної мережі зводиться до вибору економічно найвигідніших діаметрів труб і визначенню втрат напору на її ділянках. Обчислені втрати напору використовуються потім для розрахунку висоти водонапірної башти й потрібного напору насосів, що постачає водогінну мережу.

Почнемо з визначення діаметрів труб. Магістральну водогінну мережу будемо виготовляти з азбестоцементних водопровідних труб (діаметри труб не більше 500 мм). Заповнимо послідовно в табл.6 і 7 стовпці 1;2 і 4. При заповненні таблиці виділимо ділянки з рухом води за годинниковою стрілкою й проти годинникової стрілки. Для першого розрахункового випадку по додатку 14 (азбестоцементні труби) залежно від економічного фактора Э (у прикладі Э = 1) і розрахункових витрат води по ділянках мережі призначимо умовні діаметри труб. Не забуваємо, що діаметр труб магістральної мережі згідно [1] повинен бути не менш 100 мм. Обрані діаметри заносимо в стовпець 3. У другому розрахунковому випадку (гасіння пожеж) розрахункові витрати по ділянках мережі більше, отже, більше будуть і втрати напору. Щоб уникнути надмірного (понад 60 м) вільного напору у мережі, необхідно на окремих ділянках мережі діаметр труб збільшити. Рекомендуємо порівняти розрахункові витрати води по ділянках мережі для розглянутих режимів роботи системи водопостачання. Якщо при гасінні пожеж розрахункова витрата зростає більш ніж в 2,5 рази, то діаметр труб можна збільшити на один розмір за сортаментом. У розглянутому прикладі діаметри труб збільшені на ділянках 3-4; 4-5; 5-6; 6-7.

Втрати напору на окремих ділянках мережі визначаємо по формулі 12 (див. розділ 6). Величину швидкості знаходимо з вираження = q m, де m = 4/d². Значення А, m і К беремо з додатків 15 і 16.

Обчислюємо й заносимо в стовпець 8 добуток КАq_рl, які будуть потрібні надалі для визначення виправних витрат води.

Перевіримо нашу мережу на відповідність другому закону Кірхгофа:

h _i = 0 (19)

Сума втрат напору на ділянках з рухом води за годинниковою стрілкою повинна дорівнювати сумі втрат напору на ділянках з рухом води проти годинникової стрілки.

У практичних розрахунках вважається припустима неув'язка втрат напору (h не більше 0,3 м для першого розрахункового випадку і не більше 0,5 м для випадку пожежогасіння.

У розглянутому прикладі:

h ₁ = 4,365189– 3,745835= 0,619354 м h _прип = 0,3 м;

h ₂ = 20,29532– 13,70309= 6,592225 м h _прип = 0,5 м.

І в тому і в іншому випадку неув'язка втрат напору перевищує припустиму неув'язку, отже, задане в першому наближенні потокорозподілення не відповідає реальності. Необхідно зробити корекцію витрат по ділянках мережі або, як говорять, ув'язування мережі.

Ув'язування кільцевої водогінної мережі зводиться до визначення значення поправочної витрати (q , при внесенні якого буде знайдений реальний розподіл витрат води по ділянках мережі. Найбільше поширення одержав метод ув'язування кільцевих мереж запропонований проф. В.Г.Лобачевим. Відповідно до цього методу поправочну витрату води обчислюють по формулі:

q = h / 2 КАq_рl (20)

Отримана поправочна витрата води вносять зі знаком «+» в усі ділянки того півкільця магістральної водогінної мережі, у якому сума втрат напору була менше, і, навпаки, зі знаком «-» в усі ділянки півкільця, у якому сума втрат напору була більше (перший закон Кірхгофа буде дотриманий).

Визначимо поправочні витрати для нашого прикладу.

q ₁ = 0,619354 /2(0,221683+ 0,340166) = 0,173992 л/с;

q ₂ = 6,59/2(0,833707+ 0,448908) = 2,5 л/с.

Відповідно до вище наведеного внесемо поправки в усі ділянки водогінної мережі. Одержимо нові розрахункові витрати води й проведемо повторний гідравлічний розрахунок водогінної мережі. Діаметри труб при цьому не міняємо (значення А залишаться попередніми). По закінченні розрахунків виконуємо перевірку на дотримання другого закону Кірхгофа:

h ₁ = 4,326048– 3,831523= 0,204525м h _доп = 0,3 м;

h ₂ = 16,35– 15,85 = 0,5 м h _доп = 0,5 м.

Результати розрахунку задовольняють всім умовам. Гідравлічний розрахунок завершений. Якщо розрахунок буде незадовільним, ув'язування мережі необхідно повторити ще раз.

2. Побудова ліній п’єзометричних висот

Розбір води більшістю споживачів відбувається на деякій висоті над поверхнею землі, у зв'язку, із чим у водогінній мережі повинен підтримуватися певний тиск. П’єзометрична висота, що забезпечує нормальні умови експлуатації водопроводу, носить назву вільного напору. Інакше кажучи, вільний напір - це відстань від поверхні землі до п’єзометричної лінії. Мінімальний вільний напір для населених пунктів при максимальному господарсько-питному водоспоживанні приймають [1, п.2.26]: при одноповерховій забудові не менш 10 м над поверхнею землі, при більшій поверховості на кожний поверх варто додавати 4 м. У період гасіння пожеж вільний напір у мережі повинен бути не менш 10 м, незалежно від поверховості будинків [1, п.2.30]. Максимальний напір господарсько-питного водопроводу не повинен перевищувати 60 м [1, п.2.28], у противному випадку необхідна установка регуляторів тиску або зонування системи водопостачання.

Перед побудовою п’єзометричних ліній необхідно нанести на креслення поздовжній профіль поверхні землі по трасі водогінної мережі. Трасу водогінної мережі позначаємо від насосної станції другого підйому по водогонах і далі по півкільцю магістральної мережі до точки, що диктує (вибираємо те півкільце, де сума втрат напору більше).

Побудова п’єзометричних ліній починаємо від кінця мережі (від точки, що диктує). Приймаємо вільний напір у точці, що диктує, рівним мінімальному. Для режиму максимального господарсько-питного водоспоживання

Н_{віл.мін} = 10 + 4(n – 1),

де n - кількість поверхів.

У нашому прикладі поверховість будинків (див. завдання) дорівнює 4 поверхам.

Н_{віл.мін} = 10 + 4(4 – 1) = 22 м.

Для режиму пожежогасіння Н_{віл.мін} = 10 м.

Додавши до відмітки поверхні землі в точці, що диктує, значення мінімальних вільних напорів, одержимо початкові відмітки ліній п’єзометричних висот. Рухаючись послідовно по ділянках мережі до водонапірної башти і додаючи до отриманої раніше відмітки п’єзометричних ліній втрати напору на кожній з ділянок (табл.6 і 7), будуємо дві лінії п’єзометричних висот. Вільний напір у вузлах магістральної мережі визначаємо як різницю між відмітками п’єзометричних ліній і поверхні землі. Вільний напір у точці розташування водонапірної башти (у режимі максимального господарсько-питного водоспоживання) визначає висоту вежі від поверхні землі до дна баку. Аналітично висоту водонапірної башти можна визначити з вираження:

Н_ВБ = Н_{віл.мін} + h - ( ₁ - _д),

де: Н_{віл.мін} – мінімальний вільний напір у точці, що диктує, для випадку максимального господарсько-питного водоспоживання; (h - сума втрат напору від точки, що диктує, до початку кільцевої мережі (див. табл.6); ₁ і _д – відмітки поверхні землі на початку мережі й у точці, що диктує.

Для розглянутого прикладу Н_ВБ = 22 + 3,94 – 3,8 = 22,14 м

У режимі максимального водоспоживання п’єзометрична лінія в створі водонапірної башти робить стрибок вверх на висоту, рівну найбільшій глибині води в баку водонапірної башти (див. п.4.3.). При пожежогасінні водонапірна башта не працює, тому п’єзометрична лінія в цьому випадку розривів не має і є безперервною. Додавши до оцінок п’єзометричних ліній у створі водонапірної башти відповідні втрати напору у водогонах (див. п.6), одержимо відмітки п’єзометричних ліній у створі насосної станції другого підйому. Різниця між цими відмітками і відміткою дна резервуарів чистої води (див. п.4.2.) визначає розрахунковий напір насосів насосної станції другого підйому. Для першого розрахункового випадку:

Н_р¹ = 72,31– 39,6 = 32,71 м;

Для другого розрахункового випадку:

Н_р² = 77,75 – 39,6 = 38,15 м.

На мал.9 побудовані лінії п’єзометричних висот для розглянутого конкретного прикладу і позначені розрахункові значення напорів насосної станції другого підйому і висоти водонапірної башти.

Таблиця 6. Гідравлічний розрахунок кільцевої магістральної мережі в режимі максимального погодинного водозабору на добу максимального водоспоживання

Номера ділянок	Довжина ділянок, м	Діаметр труб, мм	Попередній розподіл витрат										Перше виправлення					Друге виправлення
			qр, л/с	, м/с	К	А, 10-6		КАqрl		h, м		qрq, л/с		, м/с	К	h, м	qрq, л/с		, м/с	К	h, м
1	2	3	4	5	6	7		8		9		10		11	12	13	14		15	16	17
1-2	200	200	16,76	0,51956	1,15	8,092		0,31193		0,522795		16,93399		0,524954	1,15	0,533706	17,05566		0,528725	1,13	0,531978
2-3	150	150	14,24	0,780352	1,06	37,11		0,084023		1,196487		14,41399		0,789887	1,06	1,225904	14,53566		0,796554	1,06	1,246687
3-4	100	150	13,24	0,725552	1,085	37,11		0,05331		0,705824		13,41399		0,735087	1,07	0,714481	13,53566		0,741754	1,07	0,727501
4-5	140	150	11,72	0,642256	1,1	37,11		0,066979		0,784995		11,89399		0,651791	1,1	0,808476	12,01566		0,658458	1,1	0,8251
5-6	120	150	8,75	0,4795	1,15	37,11		0,04481		0,39209		8,923992		0,489035	1,15	0,407839	9,045657		0,495702	1,15	0,419035
6-7	400	150	2,4	0,13152	1,68	37,11		0,059851		0,143642		2,573992		0,141055	1,68	0,165225	2,695657		0,147722	1,68	0,181213
Разом:							0,340166		3,745835		Разом:					3,855631	Разом:					3,831523
7-8	120	150	2,4	0,13152	1,68	37,11		0,017955		0,043093		2,226008		0,121985	1,68	0,037071	2,104343		0,115318	1,68	0,033129
8-9	140	150	3,82	0,209336	1,41	37,11		0,027983		0,106897		3,646008		0,199801	1,41	0,097381	3,524343		0,193134	1,41	0,09099
9-10	100	200	18,26	0,56606	1,13	8,092		0,016697		0,304885		18,08601		0,560666	1,13	0,299102	17,96434		0,556895	1,13	0,295092
10-11	150	200	20,94	0,64914	1,1	8,092		0,027959		0,585455		20,76601		0,643746	1,1	0,575766	20,64434		0,639975	1,1	0,569039
11-12	200	200	23,156	0,717836	1,085	8,092		0,040661		0,941548		22,98201		0,712442	1,085	0,927452	22,86034		0,708671	1,085	0,917658
12-1	400	200	26,356	0,817036	1,06	8,092		0,090428		2,383311		26,18201		0,811642	1,06	2,351948	26,06034		0,807871	1,06	2,33014
Разом:							0,221683		4,365189		Разом:					4,28872	Разом:					4,236048

Таблиця 7. Гідравлічний розрахунок кільцевої магістральної мережі в режимі максимального погодинного водоразбору і пожежогасіння на добу максимального водоспоживання

Номера ділянок	Довжина ділянок, м	Діаметр труб, мм	Попередній розподіл витрат						Перше виправлення
			qр, л/с	, м/с	К	А, 10-6	КАqрl	h, м	qрq, л/с	, м/с	К	h, м
1-2	200	200	31,76	0,98456	1,03	8,092	0,052942	1,68145	29,21	0,90551	1,04	1,44
2-3	150	150	29,24	1,602352	1	37,11	0,162764	4,759233	26,69	1,42612	1	3,96
3-4	100	150	28,24	1,547552	1	37,11	0,104799	2,959514	25,69	1,4078	1	2,45
4-5	140	150	26,72	1,464256	1	37,11	0,138821	3,709299	24,17	1,3245	1	3,03
5-6	120	150	23,75	1,3015	1	37,11	0,105764	2,511883	21,2	1,1617	1	2,0
6-7	400	150	17,4	0,95352	1,04	37,11	0,268617	4,673936	14,85	0,81378	1,06	3,47
Разом:							0,833707	20,29532	Разом:				16,35
7-8	120	150	17,4	0,95352	1,04	37,11	0,080585	1,402181	19,95	1,09326	1,03	1,8
8-9	140	150	18,82	1,031336	1,03	37,11	0,100711	1,895376	21,37	1,1710	1	2,4
9-10	100	200	33,26	1,03106	1,03	8,092	0,027721	0,922014	35,81	1,11011	1,015	1,05
10-11	150	200	35,94	1,11414	1,015	8,092	0,044278	1,591363	38,49	1,19319	1	1,8
11-12	200	200	38,156	1,182836	1	8,092	0,061752	2,356197	40,706	1,2618	1	2,6
12-1	400	200	41,356	1,282036	1	8,092	0,133861	5,53596	43,906	1,3610	1	6,2
Разом:							0,448908	13,70309	Разом:				15,85

Додаток 1

Питоме господарсько-питне водоспоживання в населених пунктах [1]

Ступінь благоустрою районів житлової забудови	Питоме господарсько-питне водоспоживання в населених пунктах на 1 жителя середньодобове (за рік) у л/доб
1. Забудова будинками, обладнаними внутрішнім водопроводом і каналізацією без ванн	125-160
2. Те ж, з ваннами й місцевими водонагрівачами	160-230
3. Те ж, із централізованим гарячим водопостачанням	230-350

Примітки:

1. Для районів забудови будинками з водокористуванням з водорозбірних колонок норму середньодобового за рік водоспоживання на одного жителя варто приймати 30-50 л/доб.

2. Нормами водоспоживання враховані витрати води на господарсько-питні й побутові потреби в житлових і суспільних будинках (за винятком будинків відпочинку, санаторіїв і піонерських таборів).

3. Вибір норм водоспоживання в межах, зазначених у таблиці, роблять залежно від природно-кліматичних умов, потужності джерела водопостачання, ступеню благоустрою будинків, поверховості забудови, укладу життя населення й інших місцевих умов.

4. При централізованій системі гарячого водопостачання до 40% загальної витрати води подають із мереж теплопостачання.

Додаток 2

Норми витрати холодної води в суспільних будинках [2]

Найменування водоспоживача	Одиниця вимірювання	Максимальна добова витрата в л/доб
1. Гуртожиток: - із загальними душовими - з душами у всіх житлових кімнатах - із загальними кухнями і блоками душових на поверхах в житлових кімнатах у кожній секції будинку 2. Готель: - із загальними ваннами й душами - з душами у всіх окремих номерах - з ваннами в окремих номерах, % від від загального числа номерів: до 25 до 75 до 100 3. Лікарні: - із загальними ваннами й душовими - із санітарними вузлами, наближеними до палат 4. Дитячі ясла-сади - з денним перебуванням дітей 5. Школи-Інтернати - зі спальними приміщеннями 6. Клуби 7. Підприємства громадського харчування	1 житель 1 житель 1 житель 1 житель 1 житель 1 житель 1 житель 1 житель 1 ліжко 1 ліжко 1 дитина 1 місце 1 місце 1 страва	40 50 70 50 90 100 100 120 40 110 70 40 7 13,3

Додаток 3

Питоме водоспоживання холодної води на господарсько-питні потреби на промислових підприємствах [2]

Види цехів	Норми витрати води на 1 чоловіка у зміну в л.	Коефіцієнт годинної нерівномірності водоспоживання
У цехах з тепловиділенням більше 84 кДж на 1 м /год (гарячі цеха) В інших цехах	21 14	2,5 3

Норми витрати води на технологічні потреби промислових підприємств визначають залежно від виду й технології виробництва.

Додаток 4

Нормативні дані для розрахунку витрати води на душ на промислових підприємствах [2,3]

Годинна витрата холодної води на одну душову сітку на промислових підприємствах варто приймати рівним 230 л; тривалість користування душем - 45 хвилин після закінчення зміни.