Здавалка
Главная | Обратная связь

РАСЧЕТ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ, ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТОННЕЛЕЙ ПРИ ИЗВЕСТНЫХ РАСХОДЕ, ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ГЛУБИНЕ НАПОЛНЕНИЯ И УКЛОНЕ

 

Канализационные трубы и гидротехнические тоннели.При опреде­лении размеров и скорости протекания воды в безнапорных трубах систем водоотведения (канализации) и гидротехнических тоннелях за­данными являются расход Q, рекомендуемая относительная глубина наполнения Δ, уклон дна i, состояние поверхности стенок.

При расчете водоотводных труб наряду с формулой Н. Н. Павлов­ского широко применяется также формула Н. Ф. Федорова

 

(1)

учитывающая работу труб в переходной области сопротивления при различных значениях кинематического коэффициента вязкости сточных вод (таблица 1). В этой формуле –число Рейнольдса; R — гидравлический радиус; Δэ — эквивалентная абсолютная шероховатость; а2 – коэффициент, учитывающий характер шероховатости. Значения Δэ и а2 принимаются по данным табл. 2.

Таблица 1

Температура Кинематический коэффициент вязкости при количестве взвешенного вещества
–
0,0152 0,0131 0,0115 0,0101 0,009 0,016 0,0133 0,0115 0,0102 0,009 0,0168 0,0135 0,0116 0,0102 0,0091 0,0176 0,0137 0,0117 0,0102 0,0091   0,0184 0,0139 0,0118 0,0103 0,0091 0,0192 0,0141 0,0118 0,0104 0,0092 0,2 0,0143 0,0119 0,0104 0,0092

 

Таблица 2

Трубы
Асбестоцементные Керамические Бетонные и железобетонные 0,6 1,35

 

 

Для круглых сечений более точно скоростная характеристика тру­бы Wтр может определяться по формуле

Wтр = a·W (2)

де W – скоростная характеристика, определяемая по формуле Н.Н. Павловского или Н. Ф. Федорова, a– определяется из таблицы 3.

Таблица 3

0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,6 1,8 1,9
0,96 0,88 0,86 0,85 0,85 0,87 0,89 0,91
0,92 0,77 0,74 0,72 0,72 0,76 0,79 0,83

 

В связи с этим скорость и расход в трубе определяются по формулам:

(3)

(4)

где — расходная характеристика трубы при частичном напол­нении.

В общем случае зада­ча может быть решена способом подбора. При этом необходимо учитывать, что круглые сечения имеют следующие стандартные диаметры:

а) керамические и асбестоцементные – 150 мм, 200 мм и далее до 600 мм (кратные 50 мм);

б) бетонные и железобетонные трубы, коллекторы и тоннели – 250, 300, 350, 400, 500 мм и т. д.( кратные 100 мм).

При подборе принимаются радиусы сечения r1, r2,…, rn, затем вы­числяются с помощью таблицы приложения 1 в соответствии с задан­ной относительной глубиной наполнения Δ площади живого сечения ω=ω'·r2, гидравлические радиусы R=R'·r; определяются значения скоростной характеристики Wтр по формуле (2) и расходной харак­теристики Последнее сравнивается с расчетным значе­нием Если значения К0 окажутся между значениями Ктр(n) и Ктр(n+1), соответствующими двум соседним стандартным значениям rn и rn+1, то принимается r с ближайшим к К0 значением К. Затем сле­дует уточнить относительную глубину наполнения Δ и определить сред­нюю в сечении скорость протекания воды V по формуле (3).

Размеры сечения трубы, коллектора или тоннеля могут быть опре­делены также построением графика Ктр=f(r) при заданном значении Δ, по которому находят ближайший стандартный радиус r для извест­ного К0.

Для труб и тоннелей при п = 0,015 и п = 0,017 величина r может быть определена также с помощью относительных расходных харак­теристик (табл. 4).

Таблица 4

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

 

 

Порядок расчета при этом следующий:

1) определяется расчетная расходная характеристика по формуле ;

2) по табл. 4 при заданных Δ и n находится относительная рас­ходная характеристика К'.

3) Находится радиус сечения r по формуле

(5)

Полученная величина r округляется до стандартной в соответствии с приведенными выше указаниями, после чего определяются уточнен­ные значения К' по формуле

(6)

где Δ и W' находят, по табл. 4, а скорость в трубе — по формуле

(7)

Упрощенно расчет безнапорных труб и тоннелей может быть произведен с помощью безразмерных графиков и

Кп и Wп — расходная и ско­ростная характеристики трубы при полном наполнении. (Рис.1)

В качестве примера в табл. 5 приводятся значения Кпдля бетонных, железо­бетонных и керамических труб с учетом W по формуле Н. Ф. Федо­рова (1) при разных числах Рейнольдса Rе. В этой же таблице при­ведены значения Кл, подсчитанные с учетом W по формуле Н. Н. Павловского.

 

 

.

Рисунок 1

Таблица 5

Значения
По формуле Н. Ф. Федорова при числах По формуле Н.Н. Павлов- ского
 
Железобетонные и бетонные трубы (n=0,014)
0,51 0,83 1,23 1,73 3,08 – – – – – – – – – – 0,54 0,87 1,3 1,84 3,28 5,26 7,81 14,89 19,51 – – – – – 0,55 0,9 1,34 1,91 3,42 5,5 8,2 11,59 15,72 20,66 26,38 32,99 40,52 49,01 58,57 0,56 0,91 1,38 1,96 3,53 5,7 8,52 12,07 16,42 21,64 27,7 34,72 42,74 51,78 0,57 0,92 1,39 1,98 3,57 5,77 8,64 12,27 16,72 22,05 28,27 35,47 43,71 52,02 63,55 – 0,93 1,4 1,99 3,6 5,84 8,75 12,45 16,98 22,43 28,79 36,16 44,63 54,2 65,04 0,56 0,91 1,37 1,95 3,55 5,76 8,7 12,41 22,44 28,98 36,53 45,25 55,09 66,41
Керамические трубы (n=0,013)
0,143 0,301 0,54 0,86 1,28 1,8 2,43 3,18 4,06 – 0,149 0,316 0,57 0,91 1,36 1,92 2,6 3,41 4,36 5,45 0,152 0,325 0,59 0,94 1,41 2,72 3,58 4,58 5,73 0,154 0,332 0,6 0,97 1,45 2,07 2,81 3,71 4,76 5,97 0,155 0,335 0,6 0,98 1,47 2,09 2,85 3,76 4,83 6,06 – – – 0,99 1,48 2,11 2,88 3,8 4,89 6,15 0,17 0,341 0,62 1,51 2,15 2,94 3,9 5,02 6,33
                 

 

Порядок расчета при этом следующий:

1) по графику (рис.1) в зависимости от относительной глубины наполнения Δ определяется значение А;

2) определяется значение расчетной расходной характеристики при полном наполнении:

(8)

3) по значению Kп (табл. 5) находится ближайший диаметр тру­бы и уточняются значения Кпи

4) уточняются значения параметра

(9)

относительной глубины наполнения и (рис.1);

5) определяется скорость протекания воды в трубе (тоннеле):

(10)

Трубы дождевого водоотведения (дождевой канализации) и дре­нажные трубы рассчитываются как безнапорные, но при условии полного наполнения. С учетом этого по формуле определяется значение расчетной расходной характеристики К0 по которой подби­рается необходимый диаметр трубы (ближайший больший). При этом для труб дождевой канализации следует пользоваться приведенными выше зависимостями и таблицами. Для расчета дренажных труб расходные характеристики К0 круглых гончарных дренажных труб при коэффициенте шероховатости п = 0,012 имеют следующие значения:

 

4,5 8,1 16,4 28,6 106,8

 

Для квадратных деревянных труб из строганых досок (со стороной b) при коэффициенте шероховатости п = 0,011 и нестроганых досок при п = 0,012:

 

при   11,5   18,7   28,4     56,0   74,2   121,3   183,0   262,3
при   10,2   16,6   25,2   36,4   49,8     108,2   163,2  

 

С учетом найденного размера D или b находится площадь сечения трубы или I а затем и средняя скорость воды в трубе (приближенно, так как размер трубы принимается стандарт­ным и труба в этом случае работает неполным сечением). Скорость в дренажной трубе должна быть V = 0,2 ч ÷ 1 м/с.

Задание. Определить диаметр трубы системы водоотведения (канали­зации) и среднюю в сечении скорость протекания сточной воды, содер­жащей n, мг/л взвешенных веществ при температуре t,° С, уклоне трубы i, расходе Q, м3/с, относительном наполнении Δ.

№ варианта n, мг/л t,° С i Q, м3/с Δ
0,0025 0,40 1,1
0,003 0,42 1,15
0,0035 0,43 1,5
0,0025 0,44 1,25
0,003 0,45 1,3
0,0035 0,46 1,35
— 0,0025 0,47 1,4
0,003 0,48 1,45
0,0035 0,49 1,55
0,0025 0,50 1,6
0,003 0,51 1,65
0,0035 0,52 1,1
0,0025 0,53 1,15
— 0,003 0,54 1,5
0,0035 0,55 1,25
0,0025 0,56 1,3
0,003 0,57 1,35
0,0035 0,58 1,4
0,0025 0,59 1,45
0,003 0,60 1,55
— 0,0035 0,61 1,6
0,0025 0,62 1,65
0,003 0,63 1,1
0,0035 0,64 1,15

 

Пример. Определить диаметр трубы системы водоотведения (канали­зации) и среднюю в сечении скорость протекания сточной воды, содер­жащей 300 мг/л взвешенных веществ при температуре 10° С, уклоне трубы i = 0,004, расходе Q = 0,55 м3/с, относительном наполнении Δ= 1,5.

Решение, а) Способом подбора.

1. м3/с

2. По таблице приложения 1 при Δ = 1,5 принимаем ω' = 2,527 и R' = 0,603.

3. Принимаем r1 = 0,35 м, что соответствует стандартному диаметру D1 = 700 мм, тогда ω1=ω'·r12 = 2,527 · 0.352 = 0,309 м2; R1=R'·r1 = 0,603 · 0,35 = 0,211 м. По таблице приложения 2 W1= 25,6 м/с (диаметр с достаточной степенью точности можно определять с учетом W по формуле Н. Н. Павловского); Wтр1 = а1·W1 = 0,87 · 25,6 = 22,27; Kтр1 = ω1· Wтр1 = 0,309 • 22,27 = 6,68 м3/с < < 8,69 м3/с. Значение Kтр получилось менее требуемого, следовательно, диаметр тру­бы следует увеличить.

4. Принимаем r2 = 0,4 м (D2 = 800 мм) и по аналогии с предыдущим находим Kтр2 = 9,7 м3/с > 8,69 м3/с. Окончательно принимаем D = 800 мм, так как в этом случае расходная характеристика трубы Kтр – является ближайшей к расчет­ной K0.

5. Уточняем относительную глубину наполнения трубы. Так как принят бли­жайший больший диаметр, то Δ должно уменьшиться. После ряда попыток прини­маем Δ = 1,39, тогда ω' = 2,331 и R' = 0,591, откуда

Скоростную характеристику определяем по формуле 1. Предварительно по табл. 1 определяем ν=0,0137 сма/с, а по табл. 2 Δэ=2мм и а2=100. Ско­рость протекания потока в трубе

С учетом этого

Определяем скоростную характеристику трубы по формуле (2) Wтр = a·W = 0,86 · 27,1 = 23,3 м/с и расходную характеристику Kтр = ω· Wтр = 0,373 · 23,3 = 8,7 м3/с ≈Kо. Таким образом, уточненная относительная глубина напол­нения Δ = 1,39, а средняя в сечении трубы скорость

 

б) Способом с применением безразмерных графиков величин

и

Определяем по формуле (8) значение Кп, предварительно найдя по графику (рис. 1) А=0,8.

2. По табл. 5 принимаем D = 800 мм.

Уточняем значение А по формуле (9), приняв приближенно число Рейнольдса Rе = 1 000 000 и Kп=12,27 м3/с:

По графику (рис. 1) уточняем: Δ = 1,35 и В = 0,96.

4. Определяем скоростную характеристику при полном наполнении

и среднюю в сечении скорость в трубе по формуле (10)

 

 

Приложение 1

Основные геометрические и гидравлические элементы труб круглого поперечного сечения при различном наполнении

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,626 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 1,20 1,32 1,43 1,52 1,60 1,67 1,73 1,79 1,83 1,87 1,91 1,94 1,96 1,98 1,99 2,00 2,00 2,00 1,99 1,98 1,96 1,94 1,91 1,87 1,83 1,79 1,73 1,67 1,60 1,56 1,52 1,43 1,32 1,20 1,05 0,87 0,63 0,00 0,164 0,227 0,300 0,369 0,447 0,529 0,614 0,702 0,793 0,885 0,980 1,076 1,174 1,272 1,371 1,471 1,571 1,671 1,771 1,870 1,968 2,066 2,162 2,256 2,349 2,439 2,527 2,613 2,694 2,735 2,772 2,846 2,915 2,978 3,038 3,083 3,121 3,142 1,29 1,45 1,59 1,73 1,86 1,98 2,09 2,21 2,32 2,43 2,53 2,64 2,74 2,84 2,94 3,04 3,14 3,24 3,34 3,44 3,54 3,65 3,75 3,86 3,97 4,08 4,19 4,31 4,43 4,49 4,56 4,69 4,84 5,00 5,17 5,38 5,65 6,28 0,127 0,157 0,186 0,214 0,241 0,268 0,293 0,318 0,342 0,365 0,387 0,408 0,429 0,448 0,466 0,484 0,500 0,515 0,530 0,543 0,555 0,566 0,576 0,585 0,593 0,599 0,603 0,607 0,608 0,609 0,608 0,606 0,603 0,596 0,587 0,573 0,553 0,500 0,18 0,28 0,40 0,54 0,71 0,89 1,09 1,32 1,56 1,82 2,10 2,40 2,71 3,05 3,40 3,77 4,16 4,56 4,99 5,43 5,89 6,37 6,87 7,40 7,94 8,52 9,12 9,76 10,44 10,82 11,18 12,00 12,92 14,01 15,38 17,32 20,84 4,10 3,64 3,32 3,01 2,80 2,62 2,45 2,32 2,20 2,09 2,00 1,91 1,84 1,76 1,69 1,63 1,57 1,52 1,46 1,41 1,37 1,33 1,28 1,24 1,20 1,16 1,12 1,09 1,05 1,04 1,02 0,99 0,96 0,92 0,89 0,86 0,82 0,79 0,0017 0,0044 0,0092 0,0175 0,030 0,048 0,073 0,107 0,151 0,204 0,270 0,350 0,446 0,554 0,680 0,821 0,979 1,153 1,348 1,550 1,767 1,97 2,24 2,49 2,75 3,00 3,25 3,51 3,74 3,86 3,96 4,15 4,33 4,44 4,54 4,52 4,41 3,91 18,70 9,72 5,72 3,68 2,50 1,79 1,33 1,014 0,795 0,639 0,521 0,432 0,361 0,308 0,266 0,232 0,202 0,179 0,159 0.143 0,129 0,117 0,107 0,098 0,091 0,084 0,078 0,073 0,069 0,067 0,065 0,062 0,059 0,056 0,054 0,053 0,052 0,051

 

Приложение 2

 

R,м Коэффициент шероховатости
0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,017 0,018 0,02 0,0226 0,026 0,0275 0,03 0,035 0,04
0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 21,3 23,9 26,3 28,6 30,8 33,0 35,0 37,0 38,9 40,8 42,6 43,5 46,1 47,8 49,4 51,1 55,0 58,8 62,4 65,9 69,3 72,6 75,8 79,0 82,1 85,1 88,0 90,9 96,5 19,0 21,4 23,6 25,7 27,8 29,7 31,6 33,4 35,2 36,9 38,6 39,4 41,8 43,4 44,9 46,4 50,0 53,5 58,9 60,2 63,3 66,4 69,4 72,3 75,1 77,9 80,6 83,3 88,5 93,6 98,5   17,2 19,3 21,4 23,3 25,2 27,0 28,7 30,4 32,1 33,7 35,2 36,0 38,2 39,6 41,1 42,5 45,9 49,1 52,2 55,3 58,2 61,1 63,9 66,6 69,3 71,9 74,4 76,9 81,8 86,5 91,1 95,5 99,8 15,6 17,6 19,5 21,3 23,0 24,7 26,3 27,5 29,4 30,9 32,2 33,1 35,1 36,5 37,8 39,1 42,3 45,3 48,3 51,1 53,9 56,6 59,2 61,7 64,2 66,7 69,1 71,4 76,0 80,4 84,7 88,9 92,9 96,9   14,2 16,1 17,9 19,5 21,2 22,7 24,2 25,7 27,1 28,5 29,9 30,5 32,5 33,8 35,0 36,2 39,2 42,1 44,8 47,5 50,1 52,6 55,1 57,5 59,9 62,2 64,4 66,7 71,0 75,2 79,2 83,1 87,0 90,7 94,3 97,9 12,0 13,7 15,2 16,7 18,1 19,5 20,8 22,1 23,4 24,6 25,8 26,4 28,1 29,3 30,4 31,5 34,1 36,7 39,2 41,6 43,9 46,2 48,4 50,6 52,7 54,8 56,8 58,8 62,7 66,5 70,1 73,7 77,1 80,5 83,8 87,0 90,1 93,2 99,1 11,2 12,7 14,1 15,5 16,9 18,2 19,4 20,7 21,9 23,0 24,2 24,7 26,4 27,5 28,5 29,5 32,1 34,5 36,9 39,1 41,4 43,5 45,0 47,7 49,7 51,7 53,7 55,6 59,3 62,9 66,3 69,7 73,0 76,2 79,4 82,4 85,4 88,4 94,0 99,5 9,67 11,0 12,3 13,6 14,8 16,0 17,1 18,2 19,3 20,3 21,4 21,9 23,4 24,3 25,3 26,2 28,5 30,7 32,9 35,0 37,0 39,0 40,9 42,8 44,7 46,5 48,3 50,0 53,4 56,7 59,9 60,3 66,0 69,0 71,8 74,6 77,4 80,1 85,3 90,3 95,2 99,8 8,22 9,41 10,6 11,7 12,7 13,8 14,8 15,8 16,7 17,7 18,6 19,0 20,4 21,2 22,1 22,9 25,0 27,0 28,9 30,8 32,7 34,5 36,2 37,9 39,6 41,2 42,9 44,4 47,5 50,5 53,4 56,3 59,0 61,7 64,3 66,9 69,3 71,8 76,5 81,1 85,5 89,7 93,8 7,09 8,15 9,17 10,2 11,1 12,0 12,9 13,8 14,7 15,6 16,4 16,8 18,0 18,8 19,6 20,3 22,2 24,0 25,8 27,5 29,2 30,8 32,4 34,8 35,6 37,1 38,5 40,0 42,8 45,6 48,3 50,9 53,4 55,9 58,3 60,6 62,9 65,1 69,5 73,7 77,7 81,6 85,3 6,19 7,14 8,06 8,95 9,81 10,7 11,5 12,3 13,1 13,8 14,6 15,0 16,1 16,8 17,5 18,2 20,0 21,6 23,2 24,8 26,4 27,9 29,4 30,8 32,2 33,6 35,0 36,4 39,0 41,5 44,0 46,4 48,8 51,1 53,3 55,5 57,6 59,7 63,7 67,6 71,3 74,9 78,4 5,46 6,32 7,16 7,97 8,75 9,52 10,3 11,0 11,7 12,4 13,1 13,5 14,5 15,2 15,8 16,5 18,1 19,6 21,1 22,6 24,0 25,4 26,8 28,2 29,5 30,8 32,1 33,3 35,8 38,2 40,5 42,7 44,9 47,1 49,1 51,2 53,2 55,1 58,9 62,5 66,0 69,3 72,5   4,35 5,07 5,77 6,45 7,12 7,78 8,42 9,05 9,67 10,3 10,9 11,2 12,1 12,6 13,2 13,8 15,2 16,5 17,8 19,1 20,4 21,6 22,8 24,0 25,2 26,3 27,5 28,6 30,7 32,9 34,9 36,9 38,8 40,7 42,6 44,4 46,2 47,9 51,2 54,4 57,5 60,5 63,3 3,56 4,18 4,78 5,36 5,94 6,50 7,06 7,61 8,15 8,69 9,22 9,48 10,3 10,8 11,3 11,8 13,0 14,2 15,4 16,5 17,6 18,7 19,8 20,9 21,9 23,0 24,0 25,0 27,0 28,9 30,7 32,5 34,3 36,0 37,7 39,3 40,9 42,5 45,5 48,4 51,1 53,8 56,4

 





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.