Politechnika Wrocławska Rok akademicki 2011/2012

Wydział Inżynierii Środowiska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Zespół Dydaktyczny Zaopatrzenia w Wodę

i Usuwania Ścieków

Ćwiczenie projektowe
z Kanalizacji

Projekt koncepcyjny systemu kanalizacji ciśnieniowej,
bytowo-gospodarczej dla jednostki osadniczej, wg schematu nr 8

Wstęp

Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest ćwiczenie projektowe z przedmiotu Kanalizacja. Dotyczy ono systemu kanalizacji ciśnieniowej, bytowo-gospodarczej dla jednostki osadniczej.

Zakres opracowania

W pracy zawarto część opisowo-obliczeniową, tj. schematy obliczeniowe sieci kanalizacyjnej, obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacyjnej oraz opis techniczny. Część rysunkowa to plan sytuacyjno-wysokościowy sieci kanalizacyjnej oraz profil podłużny głównego kolektora
z liniami ciśnień.

Podstawa opracowania

Podstawą opracowania jest temat ćwiczenia projektowego wraz z dołączonym schematem sytuacyjno wysokościowym sieci.

Wykorzystane materiały

[1] Niemiecki zbiór reguł ATV, Ścieki – Odpady, Wytyczna ATV-A 116P – Specjalne systemy kanalizacji, Kanalizacja podciśnieniowa, Kanalizacja ciśnieniowa

[2] Własne notatki z wykładu i ćwiczenia projektowego

Dane wyjściowe do projektu

Zgodnie z tematem ćwiczenia, danymi wyjściowymi są:

• liczba mieszkańców (Mk): 1470

• minimalna prędkość przepływu ścieków (v_min): $\mathrm{0,60}\mathrm{\ }\left\lbrack \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$

• jednostkowy odpływ ścieków (q): $\mathrm{0,005}\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\left( \mathrm{Mk \bullet s} \right)} \right\rbrack$

• minimalny miarodajny strumień ścieków (Q_{m min}): $\mathrm{4,00}\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$

• rzędne terenu węzłów obliczeniowych:

• stacja płucząca (SP): 105,22 m n.p.m.

• węzeł 1: 105,24 m n.p.m.

• węzeł 2: 105,56 m n.p.m.

• węzeł 3: 105,75 m n.p.m.

• węzeł 4: 106,13 m n.p.m.

• węzeł 5: 105,84 m n.p.m.

• węzeł 6: 106,30 m n.p.m.

• węzeł 7: 106,77 m n.p.m.

• oczyszczalnia ścieków (OŚ): 106,79 m n.p.m.

• długości odcinków:

• SP-1: 20,00 m

• 1-2: 142,50 m

• 2-3: 172,50 m

• 3-4: 247,50 m

• 2-4: 375,00 m

• 2-6: 372,50 m

• 4-6: 170,00 m

• 2-5: 257,50 m

• 5-6: 280,00 m

• 6-7: 245,00 m

• 7-OŚ: 65,00 m

Prowadzący zaleca stosowanie rur PE80 SDR11 PN10. Niektóre średnice dostępnych rur pokazano w tabelki poniższej:

Tabela 1. Charakterystyka, zalecany przez Prowadzącego, rur.

Średnica nominalna (zewnętrzna)	Średnica wewnętrzna
110	90,0
125	102,2
140	114,6
160	130,8
180	147,2
200	163,6
225	184,0
250	204,6
280	229,2
315	257,8

Procentowy rozkład ludności, w zależności od odcinka, pokazano w poniższej Tabela 2.:

Tabela 2. Rozkład ludności na poszczególne odcinki sieci.

Odcinek	Procent ludności	Liczba ludności
SP-1	0	0
1-2	14	206
2-3	13	191
3-4	10	147
2-4	11	162
2-6	9	132
4-6	9	132
2-5	12	176
5-6	8	118
6-7	14	206
7-OŚ	0	0
SUMA	100	1470

Obliczenia hydrauliczne sieci

1. Dobór średnic

   1. Warianty

Na podstawie planu sytuacyjno-wysokościowego dobrano następujące warianty kolektora:

Schemat 1. Warianty kolektora.

Podwarianty

Sposób obliczeń doboru średnic rur oparty jest na poniższych wzorach:

Q = q•Mk_m $\mathrm{\text{Mk}}_{\mathrm{m}} = \frac{\mathrm{\text{Mk}}_{\mathrm{p}} + \mathrm{\text{Mk}}_{k}}{2}$

Q_s=1, 5 • Q $\mathrm{d}_{\mathrm{\text{th}}}\mathrm{=}\sqrt{\frac{\mathrm{4 \bullet}\mathrm{Q}_{\mathrm{m}}}{\mathrm{\pi}\mathrm{\bullet}\mathrm{v}_{\mathrm{\min}}}}$

gdzie:

Q – strumień objętościowy przepływających ścieków, $\frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}$,

Q_s - szczytowy strumień objętościowy przepływających ścieków, $\frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}$,

q – jednostkowy odpływ ścieków, $\mathrm{q = 0,005}\frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\left( \mathrm{Mk \bullet s} \right)}$,

Mk_m - miarodajna liczba mieszkańców, -,

Mk_p - liczba mieszkańców na początku rurociągu,-,

Mk_k - liczba mieszkańców na końcu rurociągu,-,

d_th - teoretyczna średnica wewnętrzna rurociągu, mm,

v_min - minimalna prędkość przepływu ścieków, $\mathrm{v}_{\mathrm{\min}}\mathrm{= 0,60\ }\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$.

Wstępnie pokazano możliwe rozwiązania układu sieci kanałów zbiorczych w poszczególnych wariantach, a następnie zestawiono wszelkie obliczenia.

Schemat 2. Podwarianty.

Tabela 3. Zestawienie obliczeń doboru rur dla poszczególnych wariantów.

Podwariant Ia
Odcinek [-]
1-2
2-5
5-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IIa
Odcinek [-]
1-2
2-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IIIa
Odcinek [-]
1-2
2-4
4-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IVa
Odcinek [-]
1-2
2-3
3-4
4-6
6-7
7-OŚ

Zestawienie wyników obliczeń doboru średnicy rur

Tabela 4. Zestawienie doboru średnicy rur.

Odcinek	Ia	IIa	IIIa	IVa	dmax [mm]
1-2	90,0	90,0	90,0	90,0	90,0
2-3	-	-	-	90,0	90,0
3-4	-	-	-	90,0	90,0
2-4	-	-	90,0	-	90,0
4-6	-	-	102,2	102,2	102,2
2-6	-	90,0	-	-	90,0
2-5	90,0	-	-	-	90,0
5-6	90,0	-	-	-	90,0
6-7	147,2	147,2	147,2	147,2	147,2
7-OŚ	147,2	147,2	147,2	147,2	147,2

Straty hydrauliczne

Dla wszystkich podwariantów obliczono straty hydrauliczne ze wzorów:

$\mathrm{v =}\frac{\mathrm{4 \bullet}\mathrm{Q}_{\mathrm{s}}}{\mathrm{\pi}\mathrm{\bullet}\mathrm{d}_{\mathrm{\max}}^{\mathrm{2}}}$, m/s

$\mathrm{h}_{\mathrm{l}}\mathrm{=}\mathrm{\lambda}\mathrm{\bullet}\frac{\mathrm{L \bullet}\mathrm{v}^{\mathrm{2}}}{\mathrm{d}_{\mathrm{\max}}\mathrm{\bullet 2 \bullet g}}$, m

$$\frac{\mathrm{1}}{\sqrt{\mathrm{\lambda}}}\mathrm{= - 2 \bullet}\log{\mathrm{(}\frac{\mathrm{2,51}}{\mathrm{Re \bullet}\sqrt{\mathrm{\lambda}}}\mathrm{+}\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{3,71 \bullet}\mathrm{d}_{\mathrm{\max}}}\mathrm{)}}$$

$$\mathrm{Re =}\frac{\mathrm{v \bullet}\mathrm{d}_{\mathrm{\max}}}{\mathrm{\upsilon}}$$

gdzie:

v - prędkość przepływu ścieków, m/s,

Re – liczba Reynoldsa, -,

λ - współczynnik oporów liniowych, -,

h_l - wysokość liniowych oporów hydraulicznych, m,

Q_s - szczytowy strumień objętościowy przepływających ścieków, $\frac{m^{3}}{s}$,

d_max - maksymalna średnica dla danego odcinka obliczona z analizy podwariantów, m,

υ - współczynnik kinematyczny lepkości, $\upsilon = 1,31 \bullet 10^{- 6}\frac{m^{2}}{s}$,

k – współczynnik chropowatości rury, k=0,40mm,

L - długość odcinka, m,

g - przyspieszenie ziemskie, $g = 9,81\frac{m}{s^{2}}$.

Ponadto w tabelach podano oznaczenia:

h_l - suma strat liniowych licząc od oczyszczalni ścieków do początku odcinka obliczeniowego, m,

h_g – różnica geometryczna między początkiem odcinka obliczeniowego a oczyszczalnią ścieków, m.

H_m – suma strat z kolumny h_l i h_g, m.

Tabela 5. Zestawienie obliczeń strat hydraulicznych dla poszczególnych wariantów

Podwariant Ia
Odcinek [-]
1-2
2-5
5-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IIa
Odcinek [-]
1-2
2-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IIIa
Odcinek [-]
1-2
2-4
4-6
6-7
7-OŚ

Podwariant IVa
Odcinek [-]
1-2
2-3
3-4
4-6
6-7
7-OŚ

Największe straty hydrauliczne wystąpiły w podwariancie IVa.

Płukanie sieci

Obliczenia strat hydraulicznych dla wszystkich wariantów. Wymagany strumień objętościowy przepłukujący oblicza się z zależności:

$$\mathrm{Q =}\frac{\mathrm{\pi \bullet}\mathrm{(0,001 \bullet 147,20)}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet 0,70}}{\mathrm{4}}\mathrm{= 0,011913}\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}\mathrm{= 11,91}\frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}$$

Tabela 6. Obliczenia hydrauliczne strat ciśnienia podczas płukania w wariancie I.

Wariant I
Odcinek [-]
1-2
2-5
5-6
6-7
7-OŚ

Tabela 7. Obliczenia hydrauliczne strat ciśnienia podczas płukania w wariancie II.

Wariant II
Odcinek [-]
1-2
2-6
6-7
7-OŚ

Tabela 8. Obliczenia hydrauliczne strat ciśnienia podczas płukania w wariancie III.

Wariant III
Odcinek [-]
1-2
2-4
4-6
6-7
7-OŚ

Tabela 9. Obliczenia hydrauliczne strat ciśnienia podczas płukania w wariancie IV.

Wariant IV
Odcinek [-]
1-2
2-3
3-4
4-6
6-7
7-OŚ

Zbiornik sprężonego powietrza w pneumatycznej stacji płuczącej

Objętość zbiornika sprężonego powietrza określa się z:

$$\mathrm{V}_{\mathrm{K}}\mathrm{=}\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{\bullet}\frac{\mathrm{p}_{\mathrm{pl}}\mathrm{+}\mathrm{p}_{\mathrm{b}}}{\mathrm{p}_{\mathrm{K}}\mathrm{+}\mathrm{p}_{\mathrm{b}}}$$

gdzie:

V_K - objętość zbiornika sprężonego powietrza, m³,

V_R - objętość rurociągów, m³:

$$\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{=}\sum_{}^{}{\mathrm{\pi \bullet}\frac{\mathrm{d}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet L}}{\mathrm{4}}}$$

d - średnica wewnętrzna odcinka, m,

L - długość odcinka, m,

p_pl - ciśnienie płukania, p_pl = 4, 0bar,

p_b - ciśnienie barometryczne, p_b = 1, 0bar,

p_K - ciśnienie w zbiorniku, p_K = 10, 0bar.

Rurociąg kolektora do obliczeń przyjęto z wariantu najbardziej niekorzystnego podczas płukania, tzn., wariantu pierwszego. Oblicza się:

• dla odcinka 1-2 o średnicy wewn. 90 mm i długości L=142,5 m objętość wynosi 0,91 m³

• dla odcinka 2-5 o średnicy wewn. 90 mm i długości L=257,5 m objętość wynosi 1,64 m³

• dla odcinka 5-6 o średnicy wewn. 90 mm i długości L=280,0 m objętość wynosi 1,78 m³

• dla odcinka 6-7 o średnicy wewn. 147,2 m i długości L=245,0 m objętość wynosi 4,16 m³

• dla odcinka 7-OŚ o średnicy wewn. 147,2 m i długości L=65,0 m objętość wynosi 1,11 m³

• sumaryczna objętość rurociągów wynosi 9,60 m³ na długości 990,0 m

$$\mathrm{V}_{\mathrm{K}}\mathrm{= 9,60 \bullet}\frac{\mathrm{4,0 + 1,0}}{\mathrm{10,0 + 1,0}}\mathrm{=}\mathrm{4,36}\mathrm{\ }\mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$

Przyjęto objętość zbiornika sprężonego powietrza równą 4, 36 m³.

Opis techniczny

Opis projektowanej sieci

Zgodnie z wydanym tematem, przyjęto i obliczono w oparciu o normę ATV – A 116P średnice rurociągów, straty hydrauliczne w trakcie pracy bez awarii i podczas płukania.

Podwariant 1a cechuje się największymi stratami hydraulicznymi podczas pracy bez awarii. Podczas płukania największe straty hydrauliczne występują przy wariancie 4. Wykonano dwa profile podłużne przyjmując trasę głównego kolektora zgodnie z przyjętymi wariantami. Przyjęto jednakowe zagłębienie rur kolektora wynoszące 1,20 m.

Charakterystyka sieci jest następująca:

• SP-1: L=20,00 m -------- Mk=0

• 1-2: L=142,50 m DN110 Mk=206

• 2-3: L=172,50 m DN110 Mk=191

• 3-4: L=247,50 m DN110 Mk=147

• 2-4: L=375,00 m DN110 Mk=162

• 2-6: L=372,50 m DN110 Mk=132

• 4-6: L=170,00 m DN125 Mk=132

• 2-5: L=257,50 m DN110 Mk=176

• 5-6: L=280,00 m DN110 Mk=118

• 6-7: L=245,00 m DN180 Mk=206

• 7-OŚ: L=65,00 m DN180 Mk=0

  1. Opis urządzenia w PSP

Do wyznaczenia objętości zbiornika sprężonego powietrza w pneumatycznej stacji płuczącej przyjęto:

• objętość rurociągu to 9,60 m³ na długości 990,0 m

• ciśnienie płukania w wysokości 4 bary

• ciśnienie barometryczne w wysokości 1 bara

• ciśnienie w zbiorniku rzędu 10 barów

Objętość zbiornika sprężonego powietrza w pneumatycznej stacji płuczącej wynosi 4,36 m³.