Автореферат диссертации (Совершенствование расчета и оптимизация системы водоснабжения крупных городов с учетом износа трубопроводов), страница 3

Альтшуля хорошо согласуется с формулой Шифринсона, для гладкихтруб Re(e/Dp) < 10 совпадает с формулой Блазиуса. Значения шероховатости e визвестных формулах соответствуют трубам с большим зарастанием или новымтрубам. При определении коэффициента шероховатости не учитываетсяпродолжительность эксплуатации труб.11Профессорм Ф.

А. Шевелевым на основании формулы А. Д. Альтшуляопределена зависимость λ от времени эксплуатации трубопроводов. Попредложению М. Я. Панова, А. С. Левадного, В. И. Щербакова, В. Г. Стогней наоснове исследований Ф. А. Шевелева следует использовать для учета времениэксплуатации следующие зависимости для определения коэффициентагидравлического трения λ:T  0 0, 015590, 684 где 0  0,226 1 DW 0,8 [1  exp(0,1T )],1  exp(4 D)(3)0,226; D – расчетный диаметр трубы, T – время эксплуатации,лет; W – средняя скорость течения воды в трубе, м/с; λ0 – коэффициентгидравлического сопротивления для новых стальных труб; ε – коррозионнаяактивность воды, как отношение продуктов коррозии к единице поверхности трубы(мг/см2).Впервые с учетом времени эксплуатации трубопроводов на основе формулы 3предлагаются следующие зависимости для определения коэффициенташероховатости С:для чугунных труб:2 19*e 1  exp  T   C  C0  1exp(4D) ,(4)для стальных труб: 114*e 1  exp  T   C  C0  1exp(4D) ,2(5)для труб с цементно-песчаным покрытием: 15*e 1  exp  T   C  C0   .1exp(4D)2(6)где ∂ - ежегодный прирост абсолютной шероховатости, мм в год; С0 - коэффициентшероховатости новых труб.Полученные формулы, на основании многочисленных экспериментальных исследований различных авторов, позволяют теоретически определить зависимостькоэффициента шероховатости С от возраста эксплуатации чугунных и стальныхтруб, состава природных вод, шероховатости стенок труб с цементно-песчаннымпокрытием (рисунок 7).Существующие программы гидравлического расчета водопроводных сетей неучитывают реальный износ трубопроводов.

Введение в гидравлический расчеткоэффициентов шероховатости труб, соответствующих продолжительностиэксплуатации отдельных участков показали, что потери напора увеличиваютсяпочти на всех участках сети. На рисунках 8 и 9 приведены результатыгидравлических расчетов напоров в узлах сети. Снижение напора воды в узлах (Т),12которые находятся на транзитных магистральных трубопроводах не значительно,вследствие больших диаметров (1500 - 2000 мм) транзитных магистральныхтрубопроводов, где скорость потока воды почти не изменилась после изменениякоэффициента шероховатости.Рисунок 7.

Изменение коэффициента шероховатости С чугунных труб от возраста ихэксплуатации и характеристики природных вод.Рисунок 8. Результатыгидравлического расчета передизменением коэффициенташероховатостиРисунок 9 . Результатыгидравлического расчета послеизменения коэффициенташероховатости с учетом износа трубНапор в узлах (Р), на распределительных трубопроводах, диаметром от 250до 600 мм изменяется значительно, после введения реального коэффициента13шероховатости (рисунок 9).

Изменение шероховатости в трубах при долгойэксплуатации приводит к значительным потерям напора, а следовательно,потребители не получает достаточного количества воды, с необходимым давлением,особенно на участках удаленных от источников.В третьей главе рассматриваются модели существующей водопроводной сетииихмодернизациясиспользованиемпринциповэнергетическогоэквивалентирования.В г.

Хошимин сформировалась достаточно сложная схема водопроводных сетей,зависящая от хаотичной застройки отдельных районов, без учета перспективы ихразвития, кроме того, водопроводная разводящая сеть диаметром от 50 до 150 ммсостоит из множества тупиковых участков большой длины. Управление такойсистемой водоснабжения для обеспечения всех потребителей водой практическиневозможно. Это обусловило выбор метода расчета, который позволял бы быстрополучать реальную картину потокораспределения в сети.Экспериментальные исследования проводились на реальных сетях с расчетнойзоной (РЗ) площадью 7,6 км2 в районе Тху Дык, с прогнозируемой численностьюнаселения около 110 тыс. человек в 2030 году и нормой водопотребления q = 250л/сут.

на человека. Принято усредненное значение плотности населения, когда на 100м распределительного трубопровода (l) приходится 40 частных домов (N) с семьямипо n = 4 человека.Для гидравлического расчета сложных сетей с множеством тупиковыхучастков Использование условий множественного эквивалентирования поэнергетическому критерию в задачах анализа возмущенного состояния городскихсистем водоснабжения, позволило разработать «тупиковый» принципаэквивалентирования,наосновечастногоусловияэнергетическогоэквивалентирования:m z N psi Qijmz  S ij Qij dQij  j 1 i 1 0j 1Q jэ0S jэ Q jэ dQ jэ ,(7)где Npsi – множество участков абонентских подсистем (АП), отнесенных кэнергоузлам (ЭУj) расчетной зоны, Sij, Qij – коэффициент гидравлическогосопротивления и расчетный расход участка i из множества Npsi; Siэ, Qiэ – то же дляэквивалентного участка j; mz – множество энергоузлов.В расчетной зоне (РЗ) выбраны 5 фрагментов полноразмерных гидравлическихсистем (ПГС), имеющих приблизительно суммарные длины: 200 м; 500 м; 1000 м;1500 м; 2000 м.

Гидравлический расчет сети квартала выполняется с напором уисточника 45 м. Гидравлический расчёт фрагментов ПГС позволил получитьгидравлические параметры на участках сети в часы максимальноговодопотребления. Потери напора определялись по формуле Дарси–Вейсбаха, ссредней высотой шероховатости е = 0,0015 мм для используемых полиэтиленовыхтруб.Гидравлический расчет сети выполняется в следующем порядке:Учитывая длину трубопроводов всей РЗ, сеть разделяется на фрагменты,имеющие суммарные длины приблизительно равные типовым фрагментам ПГСпоказанным на рисунках 10, 11.14Рис. 10. Фрагмент сети – L = 500 мРис. 11.

Фрагмент сети - L = 2000 мЗаменяя фрагменты ПГС на энергоузлы, получаем упрощенный вид сети(рисунок 12). Энергоузлы имеют расходы, соответствующие суммарной длинефрагментов сети и определяемые по формуле:N150 N100 N *n*qqэ    L100i   L150i (л/сут.),li 1 i 1(8)qэ – водопотребление энергоузла в составе МПГС (модель полноразмернойгидравлической системы);– длина участка диаметром 100 мм;– длинаучастка диаметром 150 мм; l – длина участка 100 м.Рисунок 12.

Схема водоснабжения расчетного квартала до и после преобразования попринципу энергетического эквивалентированияВ процессе выполнения гидравлического расчета для фрагментов ПГС,параллельно анализируются ещё 5 случаев с разными отношениями ƩL150/ƩL(распределительные трубопровода составляют только трубы имеющие диаметр 10015мм и 150 мм), что позволяет увеличить точность результатов гидравлическогорасчета с применением принципа энергетического эквивалентирования.Учитывая суммарные длины участков трубопроводов фрагмента ПГС, врезультате гидравлического расчета определяются потери напора в энергоузлах(таблица 2).

Величины потерь напора учитываются в соответствующих энергоузлахв составе МПГС при различных отметках земли рассматриваемых узлов.Следующим этапом энергетического эквивалентирования является сокращениеучастков сети от распределительных линий до абонентов, кроме участков имеющихсамые большие потери напора. После преобразования расходов на сокращенныхучастках в узловые, водопроводная сеть будет иметь упрощенный вид, но погидравлическим параметрам аналогичный первоначальному потокораспределению.Таблица 2Результаты гидравлического расчета фрагментов сетиСлучайƩL ≈ 2000 м ;Qср ≈ 10,27 л/сƩL150/ƩLIIIIIIIVV0,50,270,160,120,062ƩL ≈ 1500 м ;Qср ≈ 7,16 л/сhh (м) ƩL150/ƩL(м)1,30,330,91,70,181,32,00,112,53,20,054,56,307,0ƩL ≈ 1000 м ;Qср ≈ 4,21 л/сhƩL150/ƩL(м)0,530,50,410,70,321,00,241,403,8После проведения гидравлического расчета водопроводной сети оказалось, чтообеспечение требуемым расходом и напором распределительных трубопроводовявляется проблематичным.

Возникает необходимость увеличивать диаметры труб научастках, где скорости движения воды превышают экономически выгодные изначительно возрастают потери напора. После преобразования расчетной схемы,гидравлический расчет сети показал, что полученные напоры в энергоузлах,практически одинаковы что и напоры в узлах присоединения распределительныхлиниях до сокращения участков. Это подтверждает правильность принятогопринципа энергетического эквивалентирования.Результаты гидравлического расчета представлены в виде пьезокарт,позволяющих визуализировать распределение напора воды по участкам сети, приэтом в большинстве узлов сети напор составляет от 9 до 30 м.В четвертой главе рассматриваются вопросы оптимизации работысуществующей системы водоснабжения при разных режимах подачи воды.Проведенные натурные измерения напоров показали, что напор от источникасоставляет 32 м и 37 м в разные часы суток.

Применение фактического напора отисточника позволяет прогнозировать и оценивать изменение потерь напора в сети,что необходимо для нормальной эксплуатации и управления водопроводнымисетями.Полученные по результатам расчётов пьезокарты напора в сети в часмаксимального водопотребления (рисунок 13) показывают, что в 2 районахпоказанных черным цветом, потребители не получают воды, так как давление втрубопроводах уменьшается до нуля.16Рис.13. Пьезокарта напоров в сети вчас максимального водопотребленияРисунок 14.

Пьезокарта напоров в сетис ПНСВ случае возникновения пожара на территории в районе диктующей точке вчас среднего водопотребления, пьезокарты напоров показывают, что водопроводнаясеть также не обеспечивает ни расхода ни напора в сети.На основании результатов гидравлических расчетов на основеэнергетического эквивалентирования, проведен анализ и предложен оптимальныйвариант потокораспределения в сети водоснабжения.

Предлагается установитьповысительные насосные станции (ПНС), провести замену или реновацию ветхихтрубопроводов для обеспечения подачи воды потребителю, в зависимости отэкономической эффективности того или иного способа.Предложены несколько вариантов повышения давления в сети:1. Установление ПНС с насосами с частотно-регулируемым приводомразвивающими напор 36 м (рисунки 14,18), позволяет повысить напор в сети дотребуемого, даже у самого удаленного потребителя.2. При условии, что пожар в диктующей точке J-79 и противопожарный расходсоставляет 10 л/с, установка ПНС не дает требуемого повышения давления в зонепожара, вследствие резкого возрастания потерь напора (черная зона).3.