Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Zespół Naukowy Usuwania Ścieków

Kanalizacja 2

ćwiczenie projektowe

Projekt koncepcyjny systemu tłocznego kanalizacji bytowo-gospodarczej dla jednostki osadniczej wg schematu nr 11

Wstęp

1.1. Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest ćwiczenie projektowe z Kanalizacji. Niniejsza praca jest próbą zrealizowania projektu koncepcyjnego systemu tłocznego kanalizacji bytowo-gospodarczej dla jednostki osadniczej wg schematu nr 11.

1.2. Zakres opracowania

Opracowanie to zawiera, zgodnie z wydanym tematem przez Prowadzącą, część opisowo-obliczeniową, w której ujęto:

• schematy obliczeniowe sieci kanalizacyjnej,

• obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacyjnej,

• opis techniczny.

Ponadto wykonano część rysunkową, na którą składa się plan sytuacyjno-wysokościowy sieci kanalizacyjnej, rysunek przepompowni ścieków oraz opracowanie linii ciśnień.

1.3. Podstawa opracowania

Punktem wyjścia do sporządzenia tego opracowania jest wydany temat od …, w semestrze letnim roku akademickiego 2012/2013. Temat zawiera podstawowe dane, które zestawiono w dalszej części ćwiczenia projektowego.

1.4. Wykorzystane materiały

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

[2] PN-76/M-34034 - Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia, PKN 1976

[3] Notatki własne z wykładu z Kanalizacja oraz z ćwiczenia projektowego

[4] Katalogi branżowe

1.5. Dane wyjściowe do projektu

Podstawowe parametry niezbędna do sporządzenia projektu koncepcyjnego systemu tłocznego to:

• liczba mieszkańców: Mk=1870

• liczba mieszkań: L_M=12

• minimalna prędkość przepływu ścieków: $\mathrm{v}_{\mathrm{\min}}\mathrm{=}\mathrm{0,60}\mathrm{\ }\left\lbrack \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$

• 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: $\mathrm{Q}_{\mathrm{\text{m\ min}}}\mathrm{=}\mathrm{4,00}\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$

Tabela 1. Charakterystyka przyjętych rur PE80 SDR11 PN10.

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

• charakterystykę terenu pod inwestycję przedstawia poniższa tabela:

Tabela 2. Charakterystyka terenu po inwestycję.

Odcinek rurociągu [-]	Rzędne terenu [m n.p.m.]	Rzędna osi rurociągu [m n.p.m.]	Długość rurociągu [m]	Ilość mieszkańców [%]	Ilość mieszkańców [Mk]
SP	265,26	263,66
	25,00	0	0
1	265,23	263,63
	230,00	10	187
2	265,69	264,09
	280,00	11	206
3	266,04	264,44
2	265,69	264,09
	230,00	12	224
4	266,09	264,49
2	265,69	264,09
	265,00	9	168
5	266,08	264,48
4	266,09	264,49
	265,00	15	281
5	266,08	264,48
3	266,04	264,44
	270,00	8	150
6	266,50	264,90
4	266,09	264,49
	215,00	7	131
6	266,50	264,90
5	266,08	264,48
	415,00	12	224
6	266,50	264,90
	210,00	16	299
7	266,87	265,27
	65,00	100	1870
OŚ	266,94	265,34

Analiza możliwości trasowania przewodów rurowych

Warianty sieci

Na podstawie, wydanego wraz z tematem, planu sytuacyjno-wysokościowego przyjęto wstępnie możliwe logiczne układy kolektora, dla których przewidziano też podwarianty dzięki sterowaniu zasuwami.

Ilustracja 1. Możliwe rozwiązania posadowienia rur kolektora.

Podwarianty sieci – dobór średnic oraz obliczenia hydrauliczne

Dla każdego podwariantu zastosowano następujące wzory:

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

gdzie:

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

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

Mk_m - miarodajna liczba mieszkańców, obliczana z wzoru,

Mk_p - liczba mieszkańców na początku odcinka rurociągu obliczeniowego,-,

Mk_k - liczba mieszkańców na końcu odcinka rurociągu obliczeniowego,-,

Q_s - szczytowy strumień objętościowy przepływających ścieków, $\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$.

Wyznaczony szczytowy strumień objętościowy należy porównuje z minimalnym miarodajnym strumieniem objętościowym, którego wartość przyjęto $\mathrm{Q}_{\mathrm{\text{m\ min}}}\mathrm{= 4,00}\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$. Wybiera się większą wartość, która służy do wyliczenia teoretycznej średnicy z wzoru, którą ostatecznie wybiera się z dostępnych handlowych:

$$\mathrm{d}_{\mathrm{\text{th}}}\mathrm{=}\sqrt{\frac{\mathrm{4 \bullet}\mathrm{Q}_{\mathrm{m}}}{\mathrm{\pi}\mathrm{\bullet}\mathrm{v}_{\mathrm{\min}}}}$$

gdzie:

d_th - teoretyczna średnica wewnętrzna rurociągu, [mm],

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

Wszystkie możliwe, logiczne warianty zawarto na kolejnych stronach opracowania. W toku obliczeń strat hydraulicznych na poszczególnych odcinkach kolektora we wszystkich możliwych podwariantach wykorzystano wzory:

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

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

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

h_l - wysokość liniowych oporów hydraulicznych, m,

L - długość odcinka, m,

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

λ - współczynnik oporów liniowych, -,

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

Re – liczba Reynoldsa, -,

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

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.

Ilustracja 2. Schemat podwariantu 1a.

Tabela 3. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla podwariantu 1a.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-3	1215	1421	1318	6,59	9,89	9,89	144,83	130,80
3-6	1421	1571	1496	7,48	11,22	11,22	154,30	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	2,62	1,71	4,33
2-3	130,8	9,89	0,74	73489,85	280,00	0,0193404	1,14	2,57	1,25	3,82
3-6	147,2	11,22	0,66	74083,91	270,00	0,0192926	0,78	1,43	0,90	2,33
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Ilustracja 3. Schemat podwariantu 1b.

Tabela 4. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla podwariantu 1b.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-3	1215	1421	1318	6,59	9,89	9,89	144,83	130,80
3-6	1421	1571	1496	7,48	11,22	11,22	154,30	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	2,62	1,71	4,33
2-3	130,8	9,89	0,74	73489,85	280,00	0,0193404	1,14	2,57	1,25	3,82
3-6	147,2	11,22	0,66	74083,91	270,00	0,0192926	0,78	1,43	0,90	2,33
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Ilustracja 4. Schemat podwariantu 2a.

Tabela 5. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla podwariantu 2a.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-4	1216	1440	1328	6,64	9,96	9,96	145,38	130,80
4-6	1440	1571	1506	7,53	11,29	11,29	154,79	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	2,28	1,71	3,99
2-4	130,8	9,96	0,74	74010,00	230,00	0,0193118	0,95	2,22	1,25	3,47
4-6	147,2	11,29	0,66	74546,10	215,00	0,0192675	0,63	1,27	0,85	2,12
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Ilustracja 5. Schemat podwariantu 3a.

Tabela 6. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla podwariantu 3a.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-5	898	1066	982	4,91	7,37	7,37	125,02	114,60
5-6	1347	1571	1459	7,30	10,94	10,94	152,38	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	3,05	1,71	4,76
2-5	114,6	7,37	0,71	62506,00	265,00	0,0200309	1,21	3,00	1,25	4,25
5-6	147,2	10,94	0,64	72235,11	415,00	0,0193953	1,15	1,79	0,86	2,65
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Ilustracja 6. Schemat podwariantu 3b.

Tabela 7. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla wariantu 3b.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-5	767	935	851	4,26	6,38	6,38	116,38	114,60
5-6	1347	1571	1459	7,30	10,94	10,94	152,38	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	2,78	1,71	4,49
2-5	114,6	6,38	0,62	54109,67	265,00	0,0206605	0,93	2,72	1,25	3,97
5-6	147,2	10,94	0,64	72235,11	415,00	0,0193953	1,15	1,79	0,86	2,65
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Ilustracja 7. Schemat podwariantu 4a.

Tabela 8. Dobór rur oraz obliczenia hydrauliczne dla wariantu 4a.

Odcinek [-]	Mkp [-]	Mkk [-]	Mkm [-]	Q $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	dth [mm]	d [mm]
1-2	0	187	94	0,47	0,70	4,00	92,13	90,00
2-5	767	935	851	4,26	6,38	6,38	116,38	114,60
5-4	1159	1440	1300	6,50	9,75	9,75	143,81	130,80
4-6	1440	1571	1506	7,53	11,29	11,29	154,79	147,20
6-7	1571	1870	1721	8,60	12,90	12,90	165,48	163,60
7-OŚ	1870	1870	1870	9,35	14,03	14,03	172,52	163,60

Odcinek [-]	dmax [mm]	QS $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	90,0	0,70	0,11	7559,52	230,00	0,0333621	0,05	3,31	1,71	5,02
2-5	114,6	6,38	0,62	54109,67	265,00	0,0206605	0,93	3,26	1,25	4,51
5-4	130,8	9,75	0,73	72449,55	265,00	0,0193982	1,05	2,33	0,86	3,19
4-6	147,2	11,29	0,66	74546,10	215,00	0,0192675	0,63	1,27	0,85	2,12
6-7	163,6	12,90	0,61	76638,19	210,00	0,0191438	0,47	0,64	0,44	1,08
7-OŚ	163,6	14,03	0,67	83351,46	65,00	0,0188118	0,17	0,17	0,07	0,24

Tabela 9. Zestawienie doboru rur.

Odcinek	Podwarianty	dmax [mm]
	1a	1b
1-2	90,00	90,00
2-3	130,80	130,80
2-4	-	-
2-5	-	-
5-4	-	-
3-6	147,20	147,20
4-6	-	-
5-6	-	-
6-7	163,60	163,60
7-OŚ	163,60	163,60

Tabela 10. Zestawienie rzędnych linii ciśnienia dla wszystkich podwariantów.

Odcinek	Podwarianty, m n.p.m.
	1a
1-2	267,96
2-3	267,91
2-4	-
2-5	-
5-4	-
3-6	266,77
4-6	-
5-6	-
6-7	265,98
7-OŚ	265,51

Najbardziej niekorzystnym podwariantem podczas normalnej pracy sieci jest podwariant 4a.

Straty hydrauliczne podczas płukania sieci

Do obliczeń strat hydraulicznych podczas płukania przyjęto:

• średnica wewnętrzna: d=163,60mm

• prędkość: v=0,70m/s (min. wartość prędkości samooczyszczania)

Przyjęto wzór do obliczeń:

$$\mathrm{Q =}\frac{\mathrm{\pi \bullet}\mathrm{d}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet v}}{\mathrm{4}}$$

Dla przyjętych wartości:

$$\mathrm{Q =}\frac{\mathrm{\pi \bullet}{\mathrm{(0,001 \bullet}\mathrm{163,60}\mathrm{)}}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet 0,70}}{\mathrm{4}}\mathrm{= 0,0}\mathrm{1470734552}\frac{\mathrm{m}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}\mathrm{=}\mathrm{14,71}\frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}}$$

Obliczenia podczas płukania pokazano w poniższych tabelach.

Tabela 10. Wariant 1 – obliczenia strat hydraulicznych podczas płukania sieci.

Odcinek [-]	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	d [mm]	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	14,71	90,0	2,31	158857,96	230,00	0,0166775	11,61	16,00	1,71	17,71
2-3	14,71	130,8	1,09	109305,94	280,00	0,0178335	2,33	4,39	1,25	5,64
3-6	14,71	147,2	0,86	97127,83	270,00	0,0182438	1,27	2,06	0,90	2,96
6-7	14,71	163,6	0,70	87391,30	210,00	0,0186285	0,60	0,78	0,44	1,22
7-OŚ	14,71	163,6	0,70	87391,30	65,00	0,0186285	0,18	0,18	0,07	0,25

Tabela 11. Wariant 2 – obliczenia strat hydraulicznych podczas płukania sieci.

Odcinek [-]	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	d [mm]	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	14,71	90,0	2,31	158857,96	230,00	0,0166775	11,61	15,33	1,71	17,04
2-4	14,71	130,8	1,09	109305,94	230,00	0,0178335	1,92	3,71	1,25	4,96
4-6	14,71	147,2	0,86	97127,83	215,00	0,0182438	1,01	1,80	0,85	2,65
6-7	14,71	163,6	0,70	87391,30	210,00	0,0186285	0,60	0,78	0,44	1,22
7-OŚ	14,71	163,6	0,70	87391,30	65,00	0,0186285	0,18	0,18	0,07	0,25

Tabela 12. Wariant 3 – obliczenia strat hydraulicznych podczas płukania sieci.

Odcinek [-]	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	d [mm]	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	14,71	90,0	2,31	158857,96	230,00	0,0166775	11,61	18,53	1,71	20,24
2-5	14,71	114,6	1,43	124757,56	265,00	0,0173994	4,17	6,91	1,25	8,16
5-6	14,71	147,2	0,86	97127,83	415,00	0,0182438	1,96	2,74	0,86	3,60
6-7	14,71	163,6	0,70	87391,30	210,00	0,0186285	0,60	0,78	0,44	1,22
7-OŚ	14,71	163,6	0,70	87391,30	65,00	0,0186285	0,18	0,18	0,07	0,25

Tabela 13. Wariant 4 – obliczenia strat hydraulicznych podczas płukania sieci.

Odcinek [-]	Qm $$\left\lbrack \frac{\mathrm{\text{dm}}^{\mathrm{3}}}{\mathrm{s}} \right\rbrack$$	d [mm]	v [m/s]	Re [-]	L [m]	λ [-]	hl [m]	hl [m]	hg [m]	Hm [m]
1-2	14,71	90,0	2,31	158857,96	230,00	0,0166775	11,61	19,79	1,71	21,50
2-5	14,71	114,6	1,43	124757,56	265,00	0,0173994	4,17	8,17	1,25	9,42
5-4	14,71	130,8	1,09	109305,94	265,00	0,0178335	2,21	4,00	0,86	4,86
4-6	14,71	147,2	0,86	97127,83	215,00	0,0182438	1,01	1,80	0,85	2,65
6-7	14,71	163,6	0,70	87391,30	210,00	0,0186285	0,60	0,78	0,44	1,22
7-OŚ	14,71	163,6	0,70	87391,30	65,00	0,0186285	0,18	0,18	0,07	0,25

Najbardziej niekorzystnym wariantem podczas płukania sieci jest wariant 4 (czyli podwariant 4a).

Tabela 15. Zestawienie rzędnych linii ciśnienia dla wszystkich wariantów podczas płukania.

Odcinek	Warianty, m n.p.m.
	Wariant 1 (podwariant 1a)
1-2	281,34
2-3	269,73
2-4	-
2-5	-
5-4	-
3-6	267,40
4-6	-
5-6	-
6-7	266,12
7-OŚ	265,52

Dobór urządzenia w PSP

Dobór urządzenia dla pneumatycznej stacji płuczącej (PSP) oparty jest na obliczeniu objętości zbiornika sprężonego powietrza z zależności:

$\mathrm{V}_{\mathrm{K}}\mathrm{=}\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{\bullet}\frac{\mathrm{p}_{\mathrm{pl}}\mathrm{+}\mathrm{p}_{\mathrm{b}}}{\mathrm{p}_{\mathrm{K}}\mathrm{+}\mathrm{p}_{\mathrm{b}}}$ oraz $\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{=}\sum_{}^{}{\mathrm{\pi \bullet}\frac{\mathrm{d}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet L}}{\mathrm{4}}}$

gdzie:

V_K - objętość zbiornika sprężonego powietrza w pneumatycznej stacji płuczącej, m³,

V_R - objętość rurociągów w najniekorzystniejszym wariancie, m³,

d - przyjęta średnica wewnętrzna danego odcinka, m,

L - długość odcinka kolektora, m,

p_pl - ciśnienie płukania, p_pl = 3, 5bar,

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

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

Dobór objętości zbiornika przeprowadzono dla wariantu najbardziej niekorzystnego.

$$\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{=}\sum_{}^{}{\mathrm{\pi \bullet}\frac{\mathrm{d}^{\mathrm{2}}\mathrm{\bullet L}}{\mathrm{4}}} = V_{1 - 2} + V_{2 - 5} + V_{5 - 4} + V_{4 - 6} + V_{6 - 7} + V_{7 - OS}$$

$$\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{=}\frac{\pi}{4} \bullet \left\lbrack \left( 90 \bullet 0,001 \right)^{2} \bullet \left( 230,00 \right) + \left( 114,60 \bullet 0,001 \right)^{2} \bullet \left( 265,00 \right) + \left( 130,80 \bullet 0,001 \right)^{2} \bullet \left( 265,00 \right) + \left( 147,20 \bullet 0,001 \right)^{2} \bullet \left( 215,00 \right) + \left( 163,60 \bullet 0,001 \right)^{2} \bullet \left( 210,00 + 65,00 \right) \right\rbrack$$

$$\mathrm{V}_{\mathrm{R}}\mathrm{=}\frac{\pi}{4} \bullet \left\lbrack 1,8630 + 3,4803 + 4,5338 + 4,6586 + 7,3604 \right\rbrack = 17,19\ \mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$

$$\mathrm{V}_{\mathrm{K}}\mathrm{=}\mathrm{17,19}\mathrm{\bullet}\frac{\mathrm{3,5}\mathrm{+ 1,0}}{\mathrm{10,0 + 1,0}}\mathrm{=}\mathrm{7,03}\mathrm{\ }\mathrm{m}^{\mathrm{3}}$$

Przyjęto objętość zbiornika sprężonego powietrza równą 7, 50 m³. Przyjęto zbiornik pionowy ciśnieniowy KP-8000-11/1,8 firmy Pneumat System.

Obliczenia hydrauliczne wybranej pompowni ścieków

Obliczenia przeprowadzono dla przepompowni ścieków zlokalizowanej w węźle nr 1 dla 12 mieszkań, w których przyjęto po 4 osoby na jedno mieszkanie.

Dobór przewodu odprowadzającego ścieki z budynku

Odpływ ścieków z budynku odbywa się grawitacyjnym kanałem z PVC PN10 o średnicy DN160 (średnica wewnętrzna 147,60 mm).

Obliczeniowy odpływ z instalacji wewnętrznych kanalizacji bytowo-gospodarczej

Przepływ obliczeniowy w instalacji kanalizacji bytowo-gospodarczej wyznaczono ze wzoru:

$$q_{s} = K \bullet \sqrt{\sum_{}^{}\text{AW}_{s}}$$

gdzie:

q_s – przepływ obliczeniowy, $\frac{\text{dm}^{3}}{s}$,

K – odpływ charakterystyczny zależny od przeznaczenia budynku, $\frac{\text{dm}^{3}}{s}$,

AW_s – równoważnik odpływu zależny od rodzaju przyłączonego przyboru sanitarnego, -.

Na podstawie normy PN-92/B-01707 przyjęto odpływ charakterystyczny $\frac{K = 0,50\ \text{dm}^{3}}{s}$ (dla budynków mieszkalnych) oraz równoważniki odpływu dla następujących przyborów sanitarnych:

• umywalka AW_s = 0, 50

• zlewozmywak, domowa zmywarka do naczyń, zlew, pralka automatyczna do 6 kg bielizny

AW_s = 1, 00

• miska ustępowa AW_s = 2, 50

• wanna AW_s = 1, 00

• natrysk AW_s = 1, 00

Suma równoważników przepływu dla jednego mieszkania wynosi:

$$\sum_{}^{}\text{AW}_{s - 1} = 0,50 + 1,00 + 2,50 + 1,00 + 1,00 = 6,00$$

Dla 12 mieszkań, jak podano w temacie ćwiczenia projektowego, suma równoważników przepływu wynosi:

$$\sum_{}^{}\text{AW}_{s} = L_{M} \bullet \sum_{}^{}\text{AW}_{s - 1} = 12 \bullet 6,00 = 72,00$$

Tym samym obliczeniowy przepływ w instalacji kanalizacji bytowo-gospodarczej wynosi:

$$q_{s} = 0,50 \bullet \sqrt{72,00} = 4,24\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}\ $$

Obliczenie wydajności przepompowni

Zalecana wydajność przepompowni ścieków bytowo-gospodarczych Q_p powinna być o 20% większa od ilości doprowadzanych do niej ścieków:

$$Q_{p} = 1,20 \bullet q_{s} = 1,20 \bullet 4,24\ = 5,09\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

Dodatkowo musi być spełniony warunek:

$$Q_{p} \geq 1,20 \bullet \sum_{}^{}\text{AW}_{s - max}$$

Oznacza to, że wydajność przepompowni nie może być mniejsza od największej wartości równoważnika odpływu z pojedynczego przyboru ($\sum_{}^{}\text{AW}_{s - max}$). Maksymalny równoważnik odpływu jest równy $\sum_{}^{}\text{AW}_{s - max} = 2,50$ dla miski ustępowej, stąd minimalna wydajność przepompowni wynosi:

$$Q_{p - min} = 1,20 \bullet 2,50 = 3,00\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

Dobór rurociągu wewnątrz oraz za przepompownią

Wstępnie dobrano prędkość w przewodzie przepompowni $v_{zal} = 0,70\frac{m}{s}$. Teoretyczna średnica rurociągu tłocznego wynosi:

$$d_{\text{th}} = \sqrt{\frac{4 \bullet Q_{p}}{\pi \bullet v_{zal}}} = \sqrt{\frac{4 \bullet \frac{5,09}{1000}}{\pi \bullet 0,70}} = 0,0962\ m = 96,2\ mm$$

Do pompowni dobrano przewód kołnierzowy firmy Buderus o średnicy nominalnej DN100 (średnica zewnętrzna d_z= 118 mm= 0,118 m, grubość ścianki s₁= 7,20 mm= 0,0072 m), stąd średnica wewnętrzna dobranej rury wynosi:

d_w = d_z − 2 • s₁ = 0, 118m − 0, 0144m = 0, 1036m = 103, 60mm

Obliczono rzeczywistą prędkość w żeliwnym przewodzie tłocznym:

$$v_{\text{rz}} = \frac{4 \bullet Q_{p}}{\pi \bullet d_{w}^{2}} = \frac{4 \bullet \frac{5,09\ }{1000}}{\pi \bullet {0,1036}^{2}} = 0,60\frac{m}{s}$$

Za przepompownią dobrano przewód z PE80 SDR11 PN12,50 firmy KWH Pipe Poland o średnicy 110/90,0 mm i grubości ścianki 10,0 mm.

Rzeczywista prędkość w tym przewodzie tłocznym:

$$v_{\text{rz}} = \frac{4 \bullet Q_{p}}{\pi \bullet d_{w}^{2}} = \frac{4 \bullet \frac{5,09\ }{1000}}{\pi \bullet {0,090}^{2}} = 0,80\frac{m}{s}$$

Obliczenie objętości i wysokości użytecznej zbiornika przepompowni

Objętość buforową zbiornika przepompowni obliczono ze wzoru:

V_buf = 30 • L_M − P

gdzie:

V_buf – objętość buforowa zbiornika przepompowni, m³,

30 – awaryjna przestrzeń buforowa, $\frac{\text{dm}^{3}}{\text{os}}$,

L_M − P – liczba mieszkańców podłączonych do jednej przepompowni, os.

Przyjęto liczbę mieszkańców w każdym mieszkaniu równą 4 osobom, stąd:

L_M − P = 4 • L_M = 4 • 12 = 48 os

Objętość buforowa zbiornika przepompowni wynosi:

V_buf = 30 • 48 = 1440dm³ = 1, 44m³

Dobrana pompa będzie włączana 4 razy w ciągu godziny na czas 15 minut (T=15 min=900 s). Objętość użyteczna zbiornika przepompowni wynosi:

$$V_{u} = \frac{T \bullet Q_{p}}{4} = \frac{900 \bullet 5,09}{4} = 1142,25\text{dm}^{3} = 1,15m^{3}$$

Przyjęto średnicę zbiornika równą D=1,50m. wysokość warstwy buforowej powinna wynosić zatem:

$$H_{\text{Buf}} = \frac{4 \bullet V_{\text{buf}}}{\pi \bullet D^{2}} = \frac{4 \bullet 1,44}{\pi \bullet {1,50}^{2}} = 0,815m \approx 0,82m$$

Dla tak wyliczonej wysokości przyjęto wysokość zabezpieczającą przed zalaniem przyłącza grawitacyjnego ściekami h_b=0,32m, natomiast wysokość awaryjną h_a=0,50m.

Wysokość warstwy użytkowej powinna wynosić:

$$H_{Uz} = \frac{4 \bullet V_{u}}{\pi \bullet D^{2}} = \frac{4 \bullet 1,15}{\pi \bullet {1,50}^{2}} = 0,651m \approx 0,65m$$

Obliczenie wymaganej wysokości podnoszenia

Przepompownia zlokalizowana jest na terenie o rzędnej terenu R_t = 265, 23m n.p.m.. Dno przykanalika grawitacyjnie doprowadzającego ścieki do zbiornika przepompowni przy budynku jest położony na rzędnej:

R_p = R_t − 1, 50 = 265, 23 − 1, 50 = 263, 73m n.p.m.

Natomiast rzędna dna przykanalika przy wlocie do studni (dla odległości od budynku wynoszącej l=10 m oraz spadku dna kanału i=15‰) wynosi:

$$R_{k} = R_{p} - \frac{l \bullet i}{1000} = 263,73 - \frac{10 \bullet 15}{1000} = 263,58m\ n.p.m.$$

Rzędna minimalnego poziomu ścieków w przepompowni wynosi:

R_min = R_k − (h_b+h_a+H_u) = 263, 58 − (0,32+0,50+0,65) = 262, 11m n.p.m.

Rzędna osi przewodu magistralnego wynosi R_o = 263, 63m n.p.m.. Wysokość geometryczna H_g wyniesie:

H_g = R_o − R_min = 263, 63 − 262, 11 = 1, 52m 

Rzędna wysokości ciśnienia manometrycznego R_c w punkcie przyłączenia przepompowni do sieci wynosi R_c = 268, 65m n.p.m..

Wysokość manometryczną obliczono z różnicy wysokości rzędnych ciśnienia manometrycznego oraz osi przewodu tłocznego magistralnego:

H_man = R_c − R_o = 268, 65 − 263, 63 = 5, 02m n.p.m.

Obliczenie strat ciśnienia

Wstępnie obliczono straty liniowe ciśnienia:

• w pompowni

Wewnątrz pompowni przyjęto długość rurociągu żeliwnego DN100 L=2,00m, Prędkość przepływu ścieków w rurociągu wynosi $v = 0,60\frac{m}{s}$. Wyznaczenie liczby Reynoldsa:

$$Re = \frac{v \bullet d_{w}}{\nu} = \frac{0,60 \bullet 0,084}{1,31 \bullet 10^{- 6}} = 38473$$

Współczynnik oporów liniowych λ wyznaczono ze wzoru Colebrooka-White’a dla zastępczej chropowatości piaskowej k=1,5 mm:

$\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = - 2 \bullet \log\left( \frac{2,51}{Re \bullet \sqrt{\lambda}} + \frac{k}{3,71 \bullet d_{w}} \right)$ λ = 0, 0472470

Liniowe straty ciśnienia wewnątrz pompowni wynoszą:

$${h}_{\text{lp}} = \lambda \bullet \frac{L}{d_{w}} \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g} = 0,0472470 \bullet \frac{2,00}{0,084} \bullet \frac{{0,60}^{2}}{2 \bullet 9,81} = 0,02m$$

• na przyłączu

Długość przyłącza wynosi L=4,00m. Rurociąg wykonany jest z PE o średnicy DN110/90. Prędkość przepływu ścieków w rurociągu wynosi $v = 0,80\frac{m}{s}$. Wyznaczenie liczby Reynoldsa:

$$Re = \frac{v \bullet d_{w}}{\nu} = \frac{0,80 \bullet 0,090}{1,31 \bullet 10^{- 6}} = 54962$$

Współczynnik oporów liniowych λ wyznaczono ze wzoru Colebrooka-White’a dla zastępczej chropowatości piaskowej k=0,25 mm:

$\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = - 2 \bullet \log\left( \frac{2,51}{Re \bullet \sqrt{\lambda}} + \frac{k}{3,71 \bullet d_{w}} \right)$ λ = 0, 0559048

Liniowe straty ciśnienia wewnątrz pompowni wynoszą:

$${h}_{\text{lr}} = \lambda \bullet \frac{L}{d_{w}} \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g} = 0,0559048 \bullet \frac{4,00}{0,090} \bullet \frac{{0,80}^{2}}{2 \bullet 9,81} = 0,08m$$

Sumaryczne liniowe straty ciśnienia w przepompowni i na przyłączu wynoszą:

h_l = h_lp + h_lr = 0, 02 + 0, 08 = 0, 10m

Następnie obliczono miejscowe straty ciśnienia na:

• rurociągu żeliwnym

Współczynniki strat miejscowych ξ dla kształtek i armatury w pompowni są równe:

• dyfuzor DN40/100 sztuk 1 ξ=0,48

• kolano 90^o DN100 sztuk 2 ξ=1,50

• zawór zwrotny kulowy sztuk 1 ξ=1,46

• zasuwa płaska sztuk 1 ξ=0,15

Suma współczynników strat miejscowych ciśnienia wynosi:

$$\sum_{}^{}\xi = 0,48 + 2 \bullet 1,50 + 1,46 + 0,15 = 5,09$$

Miejscowe straty ciśnienia wewnątrz przepompowni wynoszą:

$${h}_{\text{mp}} = \sum_{}^{}{\xi \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g} = 5,09 \bullet \frac{{0,60}^{2}}{2 \bullet 9,81}} = 0,09m$$

• na przyłączu

Współczynniki strat miejscowych ξ dla kształtek i armatury na przyłączu są równe:

• trójnik zbieżny DN110/90 sztuk 1 ξ = 0, 92

Miejscowe straty ciśnienia wewnątrz przepompowni wynoszą:

$${h}_{\text{mr}} = \sum_{}^{}{\xi \bullet \frac{v^{2}}{2 \bullet g} = 0,92 \bullet \frac{{0,80}^{2}}{2 \bullet 9,81}} = 0,03m$$

Sumaryczne miejscowe straty ciśnienia w przepompowni i na przyłączu wynoszą:

h_m = h_mp + h_mr = 0, 09 + 0, 03 = 0, 12m

Całkowite straty ciśnienia w przepompowni wynoszą:

h = h_l + h_m = 0, 10 + 0, 12 = 0, 22m

Wysokość podnoszenia pompy wynosi:

H_p = H_g + H_man + h = 1, 52 + 5, 02 + 0, 22 = 6, 76m

Dobór pompy

Na podstawie parametrów:

• $Q_{p} = 5,09\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 18,32\frac{m^{3}}{h}$

• H_p = 6, 76m

dobrano pompę zatapialną z urządzeniem tnącym typu KRT K 40-250/ 5 4 Y G-S firmy Amarex o średnicy wirnika ⌀150. Średnica króćca tłocznego wynosi DN40.

Opis techniczny

Opis sieci

Zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie ATV – A 116P, przyjętą liczbą mieszkańców
i procentowym rozkładem ich, jak również topografią terenu obliczono następujące dane charakteryzujące sieć, tj. dobór średnicy i długości przewodów oraz rozkład ludności.

Tabela 16. Charakterystyka sieci.

Odcinek	Mk [-]	DN [-]	L [m]
1-2	187	110	230,0
2-3	206	160	280,0
2-4	224	160	230,0
2-5	168	140	265,0
5-4	281	160	265,0
3-6	150	180	270,0
4-6	131	180	215,0
5-6	224	180	415,0
6-7	299	200	210,0
7-OŚ	1870	200	65,0

Dla najniekorzystniejszego wariantu 4-ego wraz z swoim podwariantem 4a wykonano rysunek drugi,
z zaznaczonymi charakterystycznymi danymi dla poszczególnych węzłów kolektora. Przyjęto jednakowe zagłębienie rur kolektora wynoszące 1,60 m.

Opis urządzenia w PSP

Do obliczenia pojemności zbiornika sprężonego powietrza obliczono objętość rurociągów kolektora, która wynosi 17,19 m³ na długości 1250,0 m. Przyjęto ciśnienie płukania w wysokości 3,5 bary, ciśnienie barometryczne w wysokości 1,0 bara oraz ciśnienie w zbiorniku rzędu 10,0 barów.

Objętość zbiornika sprężonego powietrza w pneumatycznej stacji płuczącej (PSP) wynosi 7,03 m³. Przyjęto objętość zbiornika sprężonego powietrza równą 7, 50 m³. Przyjęto zbiornik pionowy ciśnieniowy
KP-8000-11/1,8 firmy Pneumat System.

Przepompownia ścieków

Obliczenia przeprowadzono dla przepompowni ścieków zlokalizowanej w węźle nr 1 dla 12 mieszkań, w których przyjęto po 4 osoby na jedno mieszkanie. Pompa tłoczy ścieki w ilości $Q_{p} = 5,09\frac{\text{dm}^{3}}{s}$.

Odpływ ścieków z budynku odbywa się grawitacyjnym kanałem z PVC PN10 o średnicy DN160 (średnica wewnętrzna 147,60 mm). Do pompowni dobrano przewód kołnierzowy firmy Buderus o średnicy nominalnej DN100. Za przepompownią dobrano przewód z PE80 SDR11 PN12,50 firmy KWH Pipe Poland o średnicy DN110.

Na podstawie parametrów:

• $Q_{p} = 5,09\frac{\text{dm}^{3}}{s} = 18,32\frac{m^{3}}{h}$

• H_p = 6, 76m

dobrano pompę zatapialną z urządzeniem tnącym typu KRT K 40-250/ 5 4 Y G-S firmy Amarex o średnicy wirnika ⌀150. Średnica króćca tłocznego wynosi DN40.