Расчет сборных сифонных и напорных водоводов

Сборные водоводы предназначены для транспортирования воды от подземных во­дозаборных сооружений до сборных емкостей или непосредственно до внутриплощадочных сетей водоснабжения. По гидравлическому режиму работы сборные водоводы разделяют на сифонные, напорные, самотечно-напорные и самотечные,

Схемы сборных водоводов бывают преимущественно тупиковыми или кольцевыми. Выбор схемы сборного водовода производится с учетом взаимного расположения водозаборов и сборной емкости, а так же с учетом экономических соображений.

Сифонные сборные водоемы обычно применяются на водозаборах с уровнями подземных вод, залегающими на глубинах 5-8 м.

Схема продольного сифонного сборного водовода

1 - скважины; 2 - сборная емкость; 3 - сифонный сбор­ный водовод; 4 - пьезометричес­кая линия; 5 - ваку­умный котел; 6 - вакуум-насос; 7 - на­сос; 8 - напорный водовод

Для удаления воздуха из сифонного сборного водовода применяются различные ус­тройства. Наиболее надежным является устройство в наиболее высокой точке сифонно­го сборного водовода вакуумного котла, к которому подключен вакуум-насос. Общее ко­личество выделяющегося воздуха или других газов, которые необходимо удалить из во­довода, рекомендуется принимать в пределах 0,3-0,4 л/с на каждые 1000 м³ воды. Из этих соображений, а также с учетом того, что продолжительность начальной зарядки сифон­ной системы не превышает 30 мин, подбирается производительность вакуум-насоса.

Напорные сборные водоводы обычно применяют при относительно глубоком зале­гании подземных вод, когда каждое водозаборное сооружение оборудуется насосом. Ги­дравлический расчет такого водозабора сводится к определению потерь напора по дли­не водовода с учетом местных сопротивлений и к построению линии пьезометрических напоров. После выполнения гидравлического расчета, учитывая, что в водозаборах мо­гут быть установлены насосы разных марок, необходимо проанализировать, насколько правильно подобраны марки насосов и смогут ли они обеспечить стабильную работу группового водозабора. Для этого выполняются поверочные комплексные расчеты. Ос­новной задачей такого расчета является определение истинных значений расходов водо­заборов, понижений в них уровней воды, а также расходов и потерь напора в сборных водоводах и параметров работы водоподъемного оборудования.

При отборе воды из скважины напор насоса H затрачивается на преодоление гео­метрической высоты подъема воды z_р , понижение уровня S и потерь напора в водоводе Δh от скважины до конечной точки подачи воды.

Схема подачи воды от скважины

Насос, установленный в скважине, развивает напор, равный

H=(ΔP-Δ_с.г.)+S+Δh_в, м,

ΔP - отметка уровня воды в резервуаре, Δ_с.г. - отметка статического уровня подземных вод; S - понижение уровня в скважине, Δh_в - потери напора в водоводе от скважины до резервуара, включая потери напора в водоподъемных трубах.

Разность отметок (ΔP-Δ_с.г.) - это геометрическая высота подъема воды из скважины. Если эти отметки не изменяются, то (ΔP-Δ_с.г.)=const. При этом насос развивает напор в соответствии с его рабочей характеристикой Q-H, которая в диапазоне оптимальных значений КПД аппроксимируется уравнением

H=A-BQ², м,

где А и В - параметры характеристики Q-H насоса.

Графоаналитический метод расчета системы "скважина-насос-водовод-резервуар"

Применительно к одиночной скважине уравнение Q=qS может быть решено графически.

Для этого координаты Q-H располагают таким образом , чтобы точка Н=0 находилась на отметке Δ_с.г. Тогда кривая 1 определит характеристику скважины Q - S.

Задаваясь гидравлическими со­противлениями, строят характерис­тику водовода Q- Δh_в (кривая 2).

При сложении характеристик Q-S и Q- Δh_в получается совмещенная ха­рактеристика скважины, водовода и резервуара (кривая 3), представляю­щая собой график зависимости пол­ной высоты подъема воды от произ­водительности скважины. Пересече­ние характеристики насоса Q- Н_в с кривой 3 дает рабочую точку А насо­са с координатами Q_р - действительная производительность насоса и Нр, напор, развиваемый насосом при подаче Q_p.Одновременно определяются также величины S_р в скважине и Δh_в - в водоводе.

Если ряд скважин работает на один сборный водовод ,напор, требуемый для подачи воды в количестве Q_n из любой n-й скважины на заданную отметку, состав­ляет:

H_n=z+S_n+ΔH_n,

S_n- понижение уровня воды в любой скважине, определяемое с учетом действия остальных скважин; ΔH_n - потери напора от n-й скважины до точки сбора воды.

В скважинах могут быть установлены насосы разных марок, поэтому исходная система уравнений Q_n для расчета N неизвестных величин имеет вид

B_n*Q_n²+S_n+ ΔH_n - (A_n-z) = Δh_n

n=1,2,3...N, где Δh_n - невязки потерь насоса.

Нелинейная система уравнений решается методом последовательных приближений. В качестве первого приближения можно принять

Q_n=Q/N

где Q - проектная производительность водозабора.

Схема подсоединения скважин к сборному водоводу

|Δh_n|< ε,

ε - предельная заданная величина невязки потерь напора.

В зависимости от величины |Δh_n| для каждого уравнения определяется величиной поправочного расхода ΔQ_n, которая принимается со знаком «+» или «-», соответствующим знаку невязки Δh_n.

После этого для каждой скважины вычисляются величины S_n и определяются величины напоров насосов.

Для каждой скважины по результатам поверочного расчета проверяются условия

S_n<S_доп

Q_min<Q_n<Q_max

где Q_min и Q_max- соответственно минимальный и максимальный расходы скважинных насосов.

В тех скважинах, где эти условия не выполняются, необходимо произвести замену насосов либо отрегулировать их работу на требуемые режимы эксплуатации.