Основы гидравлического расчёта водоотводящих сетей. Проектирование водоотводящей сети

ЛЕКЦИЯ 3. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ

3.1. Закономерности движения твердых частиц в водоотводящих сетях

Твердая часть загрязнений ст. вод состоит из органических и минеральных веществ. Органические вещества по удельному весу, как правило, меньше или равны воде. Поэтому не создают проблем при транспортировании.

Минеральные твердые вещества имеют удельный вес, больше чем у воды. Поэтому имеют тенденцию к осаждению. Это песок, стекло, мелкий щебень, гравий, шлак и т. д. Как органические, так и минеральные вещества должны быть доставлены потоком воды на очистные сооружения. Рассмотрим возможные варианты режима движения твердых минеральных частиц в потоке.

1.  Ламинарный режим движения воды

Re < 2320. Происходит осаждение частиц на дно коллектора с образованием и накоплением плотного осадка. Через короткий промежуток времени коллектор заполняется осадком и работа коллектора становится невозможной. Такой режим движения воды обычно можно наблюдать при минимальных расходах воды.

2. Переходный режим движения воды

Рис. 13. Схема осаждения твёрдых частиц

в коллекторе в потоке сточных вод

            2320 < Re < 3000

В этой области твердые частицы на поверхности осадка начинают приходить в движение, когда оказываются в турбулентной области. Турбулентные вихри их срывают с места и они перекатываются на некоторое расстояние. При этом основная часть осадка остается неподвижной и процесс накопления осадка продолжается. При таком режиме эксплуатация сети невозможна, если не производить её периодическую очистку.

3. Турбулентный режим движения жидкости

Турбулентный режим движения делят на три зоны: зону гидравлически гладких труб, зону переходную и зону гидравлически шероховатых труб (квадратичную зону).

1). Зона гидравлически гладких труб (толщина пристеночного ламинарного слоя (δ)значительно больше выступов шероховатости стенок трубопровода(Δ))

Происходит массовый отрыв поверхностных частиц и их перекатывание по дну трубопровода. Скорость размыва называют размывающей. Условия для эксплуатации благоприятные.

2). Зона переходная (4/Δ > δ > Δ/6)

При дальнейшем увеличении скорости начинается волновое (или грядовое) движение твердых частиц (как барханов в пустыне).

Рис. 14.  Грядовое движение твёрдых частиц в потоке сточной жидкости

Улучшаются условия эксплуатации коллектора.

           3). Зона квадратичная (δ<Δ/6)

Дальнейшее увеличение скорости движения жидкости размывает осадок полностью и переводит его во взвешенное состояние. Трубопровод очищается.

Рис. 15. Схема движения твёрдых частиц при самоочищающей скорости

Такая скорость называется самоочищающей. На эту скорость и рассчитывают трубопроводы, коллекторы и каналы при максимальном расходе ст. вод.

          3.2. Закономерности движения жидкости в водоотводящих сетях

Питьевая вода, прежде чем стать сточной, поднимается на большую высоту в зданиях. Достаточно высокая потенциальная энергия способствует самотечному транспортированию стоков до ГНС или даже до КОС.

Бытовые стоки проектируются на безнапорный режим движения жидкости с частичным наполнением труб (h/d = 0,5 ÷ 0,8).

Рис. 16. Поперечное сечение коллектора                 

Благодаря этому обеспечивается:

- резерв в сечении труб на случай увеличения расхода сверхрасчетного;

- вентиляция сети для удаления газов (сероводорода и др.), способствующих коррозии труб и сооружений и затрудняющих эксплуатацию сети;

- меньшее засорение труб при уменьшении расхода стоков, т. к. скорость падает медленнее, чем расход;

- упрощение стыковых соединений труб и использование более дешёвых

материалов низкого качества.

В реальных условиях эксплуатации в водоотводящих сетях наблюдается неустано-вившееся неравномерное движение жидкости. Такой режим обусловлен изменением расхода стоков в течение суток и местными сопротивлениями в колодцах, изменяющих площадь живого сечения потока.

В целях упрощения гидравлических расчетов движение воды в трубопроводах принято установившимся и равномерным.

3.3. Формы поперечного сечения трубопроводов и их гидравлическая характеристика

На гидравлические параметры потока сточных вод значительное влияние оказывает форма поперечного сечения труб, коллекторов и каналов. В современном строительстве сетей наибольшее распространение получили трубопроводы круглого сечения. Эти трубопроводы в большей степени удовлетворяют требованиям гидравлическим, технологическим, строительным и т. д. Другие сечения обладают определенными преимуществами и применяются в особых случаях. Все формы сечений принято делить на круглые, сжатые и вытянутые.

Рис. 17. Формы сечений коллекторов

1. Круглое.   2. Полукруглое.   3. Шатровое.   4. Банкетное.   5. Яйцевидное (овоидальное).    6. Элептическое.   7. Полукруглое с прямыми вставками.  8. Яйцевидное перевернутое.   9. Лотковое.   10. Пятиугольное.  11. Прямоугольное. 12. Трапецеидальное.

1. Круглый трубопровод имеет гидравлически наиболее выгодную форму, обладает большей пропускной способностью и удовлетворяет требованиям индустриализации строительства. Предпочтителен при прочистке труб от осадка.

2. Сжатые формы сечений (2, 3, 9, 10) обеспечивают меньшее их заглубление. Применяются при незначительных колебаниях расходов сточных вод.

3. Вытянутые формы сечений (5-8) применяются при больших колебаниях расходов, т. к. при любом наполнении обеспечивается оптимальное соотношение глубины и ширины потока. При этом поддерживаются незаиливающие скорости.