Диссертация (1141496), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Последние обладают большей надежностью в эксплуатации по сравнению с тупиковыми сетями, состоят из замкнутых колец и контуров [8, 32].Расчет водопроводной кольцевой сети заключается в определении диаметров трубопроводов, характеристик насосов на насосных станциях второго подъема и повысителных станциях подкачки воды, размеров резервуаров и водонапорных башен [21].При проектировании водопроводных сетей назначаются расчетные участкикольцевой сети, определяются требуемые давления и свободные напоры в узлах.От правильно выполненных подготовительных работ зависит достоверность гидравлического расчета.14При подготовке кольцевой сети к гидравлическому расчету так же как идля тупиковой сети необходимо выполнить трассировку сети в соответствии сгенпланом, выбрать источники воды и место их расположения, наметить начальное потокораспределение.
Следущим этапом определяются путевые и узловые ирасчетные расходы для часа максимального водопотребления, максимальноготранзита воды в башню при минимальном водопотреблении, водопотребления сучетом пожарного расхода. Определение перечисленных параметров позволяетвыполнить гидравлическую увязку водопроводной сети [71].Увязка кольцевой сети позволяет получить фактическое распределение воды по участкам с учетом наиболее экономически выгодных диаметров для различных расчетных режимах работы сети. Распределение воды по всем участкамколец и узлам сети должно удовлетворять первому закону Кирхгофа (формула1.2): в узлах должна быть сумма расходов равна нулю; и второму законуКирхгофа, когда потери напора на участках в каждом кольце, где вода движетсяпо часовой стрелке, должны быть равны потерям напора на участках, где водадвижется против часовой стрелки [33].∑ = 0,{∑ℎ = 0.(1.2)В качестве примера рассмотрим работу однокольцевой сети с поступлением воды в точку 1 (рисунок 1.2).
Будем считать, что узловые отборы известны.Для определения расчетных расходов требуется знать направление движения воды в определенных участках.Допустим, что в точке 1 поток воды разделяется примерно поровну подвум направлениями а в точке 3 они сходятся. При этом, сумма потерь напора научастках по правой ветви должна быть равна сумме потерь напора на участкахпо левой ветви.H1-2 + h2-3 = h1-4 + h4-3(1.3)Отсюда видно, что алгебраическая сумма потерь напора на участках кольца должна быть равна нулю.H1-2 + h2-3 - h1-4 - h4-3 = 0,∑h = 0(1.4)15Рисунок 1.2. Расчетная схема однокольцевой сетиВыполнить первое условие балансов расходов в узлах достаточно легко. Втом случае, если было бы известно расположение точки схода потоков, то расчетдвух тупиковых участков представлял бы собой простой расчет кольца сети.Расположение точки схода потоков зависит от диаметров труб и потерь напорана участках, следовательно, надо перераспределить потоки воды по участкам,чтобы получить ∑h = 0.Проанализируем наиболее распространенные методы гидравлическогорасчета кольцевых сетей:Метод Лобачева-КроссаДанный метод был предложен в 30-е годы прошлого столетия профессоромВ.Г.
Лобачевым и одновременно Харди Кроссом [6, 13, 15]. При увязке водопроводной сети по методу Лобачева-Кросса, последовательно вводят поправочныерасходы ∆q к расходам на участках кольца до тех пор, пока не будут выполненыоба правила Кирхгофа (формула 1.2).Для этого следует:- в кольце сети (рисунок 1.2) выбирается точка схода потоков (например,точка 3, которая является наиболее удаленной от ввода);- для каждого расчетного случая назначаются расходы на отдельных участках (q1-2, q2-3, q1-4, q4-3) с учетом баланса расходов в узле ∑Qi = 0;16- для каждого участка кольца подбираются диаметры труб с учетом экономического фактора, исходя из максимального расчетного расхода;- определяют потери напора на каждом участке по расходу и диаметру: h12, h2-3, h1-4, h4-3.Поскольку расходы воды на участках были приняты ориентировочно, сумма потерь напора в кольце не будет равна нулю, а будет соответствовать какойто величине ∆h, которая называется невязкой:h1-2 + h2-3 + h1-4 + h4-3 = ∆h ≠ 0(1.5)Величина потерь напора на каждом участке определяется по формуле:h = Alq2 = Sq2(1.6)где А – удельное сопротивление трубопровода; l – длина трубопровода.Для рассматриваемого примера можно записать22221−2 1−2+ 2−3 2−3– 1−4 1−4– 4−3 4−3.(1.7)Чтобы выполнить условие Δh = 0, расходы на участках должны быть скорректированы на величину поправочного расхода Δq (при этом знак ∆q в увязочном контуре противоположен знаку невязки ∆h).
Если знак невязки ‹‹+››, то потери напора на участках, где вода движется по часовой стрелке надо уменьшить,вычитая из расхода участка поправочный расход ∆q и прибавить поправочныйрасход ∆q к расходам на участках где вода движется против часовой стрелки.Поправочный расход определяется по формуле:∆ℎ∆ = − 2 ∑ ,(1.8)Следует заметить, что решение рассматриваемой задачи традиционнымиматематическими методами представляет для инженера две трудности [31]:- формирование системы с числом уравнений равным числу неизвестных;- решение системы нелинейных уравнений.17В связи с этим в инженерной практике был выработан итерационный методрешения задачи, интуитивно понятный и не требующий привлечения знаний,выходящих за пределы умения выполнять арифметические действия.Метод М.
М. Андрияшева.Инженером М. М. Андрияшевым, в 1932 году предложен графический метод увязки многокольцевых водопроводных сетей по контурам, позволяющийсравнительно быстро достичь желаемых результатов [25, 7].В этом случае, контур охватывают целые группы колец, имеющих одинаковый знак невязки, корректирующий расход в контуре определяется по формуле∆ =где ср =∑ ср ∆ℎ2∑ℎ,(1.9)– среднеарифметический расход воды на n участках в контуре;∑ ℎ – арифметсческая сумма потерь напора по контуру (без учета знаков); ∆h –невязка в контуре.Преимущество этого способа увязки заключается в том, что все вычисления наносятся на схему сети, а достижение выполнения законов Кирхгофа зависит от правильного выбора колец сети объединенных в контура.Универсальный метод А. Е. Белана.А.
Е. Белан предложил модификацированный метод увязки сети путемвведения «итерационных напоров», когда поправочный расход определяется решениемдлякаждогокольцаквадратногоуравнения,ане по формуле М.М. Андрияшева [7].Инерционный напор – это пятый член правой части уравнения Д. Бернулли, как известно, записывается только для случая неустановившегося движенияжидкости, которым можно имитировать процесс гидравлической увязки сети ввиде релаксации. Под релаксацией понимают нестационарный режим, в результате которого неравновесная система (в нашем случае гидравлически не увязанная сеть при ∆h≠0) приходит к равновесному состоянию (∆h=0) в течение време-18ни ∆t. Если, например, однокольцевую сеть, расложенную в горизонтальнойплоскости с узлами 1; 2; 3; 4, которые являются границами участков: 1—2; 2—3;3—4; 4—1 (нумерация участков соответствует замкнутому обходу кольца), тодля каждого из них (участков) можно записать уравнение Бернулли.
Совокупность этих уравнений составляет их систему. Ксли водопроводная сеть плоская,то z1 = z2 = z3 = z4 в уравнении Бернулли сокращаются. Скорости v так же уравниваются, хотя движение и неравномерное, но в начале и конце каждого участкаскорости будут изменяться одновременно, приобретая одно и то же численноезначение в каждый момент времени (ввиду несжимаемости жидкости).1.3. Метод гидравлического расчета ВГАСУПри моделировании потокораспределения систем подачи и распределенияводы (СПРВ) предлагается формулировать граничные условия в рамках условийоднозначности, которые «исключают возможность реализации вырожденныхподсистем пуассоновского типа [44]».Невозмущенное состояние системы - это соответствие определенной форме граничной информации (ГУ I и II рода), заданной как численная информацияв энергетических узлах (ЭУ), или в виде функциональной и параметрическойопределенной зависимости между потоком и потенциалом ЭУ, ограничивающихрасчетную зону (РЗ).
Расчетная зона - исследуемый фрагмент системы, гидравлические процессы в котором представляют интерес для исследователя.По исследованиям М.Я. Панова, В.И. Щербакова и И.С. Квасова «модельневозмущенного состояния позволяет рассматривать РЗ как автономный объектмоделирования и полностью отмежеваться от мегасистемы. Она охватывает довольно ограниченную область реализации задач анализа и синтеза ГС. Это в основном два типа задач: поиск гидравлических характеристик линий (диаметровтруб) при известном режиме потребления - типичная задача проектирования;анализ потокораспределения и режима потребления при известной конфигурации сети и диаметрах линий.
Моделирование возмущенного состояния обусловлено устойчивостью граничных условий к возмущающим воздействиям структурного, режимного или параметрического характера, и в этом смысле ближе19всего модели «устойчивой системы» отвечает так называемая полноразмернаягидравлическая система (ПГС), содержащая полное множество структурообразующих элементов. Незначительное преобразование ПГС переводит ее в разрядсистемы с определенными и устойчивыми формами ГУ [65,66]».Полноразмерная гидравлическая система – относится к большим гидравлическим системам и представляет собой бесконечный (полубесконечный)структурный график (СТГ), который включает уличные, внутриквартальные,дворовые и внутридомовые сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
