Wrocław, 22.04.2013

Ćwiczenie projektowe

Wodociągi i Kanalizacje

część A: Wodociągi

Prowadząca: Wykonanie:
mgr. inż. Maria Niesobska Patrycja Kąkol, 186504

Spis treści

1. Wstęp 3

2. Obliczenie charakterystycznych rozbiorów wody 3

2.1. Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę 3

2.2. Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę 3

2.3. Minimalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę 3

3. Obliczenie maksymalnych i minimalnych rozbiorów wody 3

4. Obliczenie wielkości zbiornika zapasowo-wyrównawczego 4

4.1. Objętość i wysokość użytkowa 4

4.2. Objętość i wysokość pożarowa 6

4.3. Objętość i wysokość martwa 6

4.4. Objętość i wysokość całkowita 6

4.5. Sprawdzenie stabilności zbiornika 6

5. Obliczenie systemu doprowadzającego wodę do odbiorców 6

5.1. Wydajność pompowni i zbiornika górnego 6

5.2. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej 7

5.3. Obliczenia parametrów pracy pompowni 11

6. Opis techniczny 11

6.1. Ujęcie wody 11

6.2. Sieć wodociągowa 11

6.3. Pompownia drugiego stopnia 12

6.4. Zbiornik sieciowy 12

Załączniki:

Rysunek 1 : Schemat obliczeniowy sieci wodociągowej dla rozbioru maksymalnego godzinowego

Rysunek 2: Schemat obliczeniowy sieci wodociągowej dla rozbioru minimalnego godzinowego

Rysunek 3: Wykres linii ciśnień po trasie P-1-2-6-Z

1. Wstęp

Celem ćwiczenia projektowego jest opracowanie projektu koncepcyjnego sieci wodociągowej, wg zadanej mapki nr 5.

2. Obliczenie charakterystycznych rozbiorów wody

2.1. Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę

$$Q_{\operatorname{max\ }d} = Q_{sr\ d} \bullet N_{d}\text{\ \ \ \ \ }\frac{m^{3}}{d}$$

gdzie:

Q_{śr d}- średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d

N_d- współczynnik nierównomierności dobowej zużycia wody podany w temacie, -

$$Q_{\operatorname{max\ }d} = 8\ 550 \bullet 1,42 = 12\ 141\text{\ \ }\frac{m^{3}}{d} =$$

2.2. Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę

$$Q_{\operatorname{max\ }h} = Q_{\text{max\ d}} \bullet \frac{N_{h}}{24}\text{\ \ \ \ \ }\frac{m^{3}}{h}$$

gdzie:

N_h- współczynnik nierównomierności godzinowej zużycia wody podany w temacie, -

$$Q_{\operatorname{max\ }h} = 12\ 141 \bullet \frac{1,50}{24} = 758,81\ \frac{m^{3}}{h} = 210,78\ \ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

2.3. Minimalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę

$$Q_{\operatorname{min\ }h} = \alpha \bullet \frac{Q_{sr\ d}}{100}\text{\ \ \ \ \ }\frac{m^{3}}{h}$$

gdzie:

α- minimalny procent zużycia wody z godzin pracy pompowni, zależny od N_h,

α=1,5%

$$Q_{\operatorname{min\ }h} = 1,5 \bullet \frac{8\ 550}{100} = 128,25\ \ \frac{m^{3}}{h} = 35,62\ \ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

3. Obliczenie maksymalnych i minimalnych rozbiorów wody

W tabeli nr 1 przedstawiono maksymalne i minimalne rozbiory wody w poszczególnych węzłach, na podstawie mapki nr 5, w załączeniu do projektu dostarczono poglądowe mapki dla minimalnego i maksymalnego godzinowego rozbioru wody.

Tab. 1. Rozbiór wody w poszczególnych węzłach oraz poszczególnych odcinkach

Węzeł/odcinek	udział %	Qmax dm^3/s	Qmin dm^3/s
1	5	10,5	1,8
1-2	5	10,5	1,8
2	9	19,0	3,2
2-3	7	14,8	2,5
3	8	16,9	2,9
3-4	7	14,8	2,5
4	9	19,0	3,2
2-5	5	10,5	1,8
5	10	21,1	3,6
2-6	12	25,3	4,3
6	6	12,7	2,1
6-7	8	16,9	2,9
7	7	14,8	2,5
6-Z	2	4,2	0,7
RAZEM :	100	211,0	35,7

4. Obliczenie wielkości zbiornika zapasowo-wyrównawczego

4.1. Objętość i wysokość użytkowa

$$V_{U} = \beta \bullet \frac{Q_{\max d}}{100}\text{~\ \ \ }m^{3}$$

gdzie:

V_u- objętość użytkowa, m³

β- maksymalna ilość wody pozostająca w zbiorniku, %

$$V_{U} = \frac{12\ 141 \bullet 11,47}{100} = 1\ 392,\ 57\ \ m^{3}$$

Wysokość użytkową h_u przyjęto 4 m .

$$F = \frac{V_{u}}{h_{u}}\text{\ \ \ \ \ }m^{2}$$

$$F = = \frac{1\ 392,57}{4} = 348,14\ m^{2}\text{\ \ }$$

Na podstawie wyżej obliczonych wartości sporządzono tabelę nr 2, w której zamieszczono wartości dla zbiornika górnego, dla Tp= 24 h/d,

gdzie Tp to czas pracy pompowni II^o .

Tab. 2. Obliczenie objętości użytkowej zbiornika górnego.

Godziny	Rozbiór wody %	Dostawa wody %	Dopływ %	Wypływ %	Pozostaje %
0-1	1,50	4,17	2,67		8,85
1-2	1,50	4,17	2,67		11,52
2-3	1,50	4,16	2,66		14,18
3-4	1,50	4,16	2,66		16,84
4-5	2,50	4,17	1,67		18,51
5-6	3,50	4,17	0,67		19,18
6-7	4,50	4,16		0,34	18,84
7-8	5,50	4,16		1,34	17,5
8-9	6,25	4,17		2,08	15,42
9-10	6,25	4,17		2,08	13,34
10-11	6,25	4,16		2,09	11,25
11-12	6,25	4,16		2,09	9,16
12-13	5,00	4,17		0,83	8,33
13-14	5,00	4,17		0,83	7,5
14-15	5,50	4,16		1,34	6,16
15-16	6,00	4,16		1,84	4,32
16-17	6,00	4,17		1,83	2,49
17-18	5,50	4,17		1,33	1,16
18-19	5,00	4,16		0,84	0,32
19-20	4,50	4,16		0,34	0
20-21	4,00	4,17	0,17		0,17
21-22	3,00	4,17	1,17		1,34
22-23	2,00	4,17	2,17		3,51
23-24 (0)	1,50	4,17	2,67		6,18
SUMA	100	100	19,18	19,2

$$D = \sqrt{\frac{4 \bullet F}{\pi}}\text{\ \ \ \ \ m}$$

gdzie:

D- średnica zbiornika, m

$$D = \sqrt{\frac{4 \bullet 348,14}{3,14}} = 21,06\ \ m$$

Przyjęto rzeczywistą średnicę zbiornika D_rz=21 m .

Zatem rzeczywiste wymiary zbiornika to:

$$F_{\text{rz}} = \frac{\pi \bullet {D_{\text{rz}}}^{2}}{4} = \frac{3,14 \bullet 21^{2}}{4} = 346,19\ \ \ m^{2}$$

$$h_{\text{rz}} = \frac{V_{u}}{F_{\text{rz}}} = \frac{1395,57}{346,19} = 4,03\ \ \ m$$

4.2. Objętość i wysokość pożarowa

Objętość pożarową przyjmuje się na podstawie liczby mieszkańców, z tabeli

Liczbę mieszkańców obliczono ze wzoru:

$$LM = \frac{Q_{srd}}{q_{j}} = \frac{8550}{0,16} = 53\ 437\ \ mieszkancow$$

gdzie:

q_j- średnie zapotrzebowanie na wodę na mieszkańca, m³/d

Objętość pożarową Vp odczytano z tabeli niezbędnej wydajności wodociągu lub zapasu wody w zbiornikach na cele przeciwpożarowe do zewnętrznego gaszenia pożarów dla jednostek osadniczych (PN-71/B-02864) dla wartości liczby mieszkańców jednostki osadniczej poniżej 100 000. Objętość pożarowa V_p = 400 m³

Znając objętość pożarową, można wyliczyć wysokość pożarową h_p:

$$h_{p} = \frac{V_{p}}{F_{\text{rz}}} = \frac{400}{346,19} = 1,16\ \ \ m$$

4.3. Objętość i wysokość martwa

Wysokość martwą przyjęto h_m= 0,4 m , natomiast objętość martwa wynosi:

V_m = h_m • F_rz = 0, 4  • 346, 19 = 138, 48   m³

4.4. Objętość i wysokość całkowita

V_c = V_urz + V_p + V_m = 1392, 57 + 400 + 138, 48 = 1931, 05   m³

h_c = h_u + h_p + h_m = 4 + 1, 16 + 0, 4 = 5, 20   m

4.5. Sprawdzenie stabilności zbiornika

$$\frac{h_{c}}{D_{\text{rz}}} = \frac{5,20}{21} = 0,25$$

Zbiornik zapasowo-wyrównawczy spełnia warunki stabilności.

5. Obliczenie systemu doprowadzającego wodę do odbiorców

5.1. Wydajność pompowni i zbiornika górnego

$$Q_{psr} = \frac{Q_{\max d}}{T_{p}}\text{\ \ \ \ \ \ \ }\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

gdzie:

Q_pśr – średnia wydajność pompowni, dm³/s

Q_maxd – maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę, m³/d

T_p – czas pracy pompowni II stopnia, h/d

$$Q_{psr} = \frac{12\ 141}{24} = 505,88\ \frac{\text{dm}^{3}}{h} = 140,52\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

$$Q_{\text{p\ max}} = 1,1 \bullet Q_{psr}\text{\ \ \ \ \ }\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

gdzie:

Q_pmax- maksymalna wydajność pompowni, dm³/s

$$Q_{\text{p\ max}} = 1,1 \bullet 140,52 = 154,6\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

$$Q_{\text{p\ min}} = 0,9 \bullet Q_{psr}\text{\ \ \ \ }\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

gdzie:

Q_pmin- minimalna wydajność pompowni, dm³/s

$$Q_{\text{p\ min}} = 0,9 \bullet 140,52 = 126,5\ \ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

$$Q_{z(\max{h)}} = Q_{\max h} - Q_{\text{p\ max}}\text{\ \ \ \ \ }\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

gdzie:

Q_{z(max h)}- wydajność zbiornika podczas rozbioru maksymalnego, dm³/s

$$Q_{z(\max{h)}} = 211,0 - 154,6 = 56,4\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

$$Q_{z(\min{h)}} = Q_{\text{p\ m}\text{in}} - Q_{\min h}\text{\ \ \ \ }\frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

gdzie:

Q_{z (min h)}- wydajność zbiornika podczas rozbioru minimalnego, dm³/s

$$Q_{z(\min{h)}} = 126,5 - 35,7 = 90,8\ \frac{\text{dm}^{3}}{s}$$

5.2. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej

Q_obl = Q_k + α • q

gdzie:

Q_k- natężenie przepływu wody na końcu odcinka obliczeniowego, dm³/s

q- rozbiór wody na odcinku

α- współczynnik zależny od rodzaju sieci, (1,5%)

Obliczenia zostały zestawione w tabeli 3.

Średnice przewodów dobrano z nomogramu dla rur żeliwnych i stalowych tak, aby

spełniały poniższe wartości:

dla d ≤ 300 mm; v = 0,6 ÷ 0,9 m/s

dla d > 300 mm; v = 0,9 ÷ 1,5 m/s

d = 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000 mm

Tab. 3. Dobór średnic przewodów wodociągowych

Odc.	Przepływy dla Qmax h	Przepływy dla Qmin h	d	Qmax h	Qmin h
	Qp	Qk	q	Qobl	Qp
	dm^3/s	dm^3/s	mm	m/s	‰
P-1	154,6	154,6	0	154,6	126,5
1-2	144,1	133,6	10,5	133,8	124,7
2-3	65,5	50,7	14,8	58,8	11,1
3-4	33,8	19,0	14,8	27,1	5,7
2-5	31,6	21,1	10,5	26,9	5,4
2-6	2-A	17,5	0	17,5	9,6
	A-6	7,8	0	7,8	4,29
6-7	31,7	14,8	16,9	24,1	5,4
6-Z	56,4	52,2	4,2	54,1	91,5

Na podstawie rysunków nr 1 i 2, oraz tabeli nr 3, sporządzono tabelę nr 4, w której przedstawiono wielkości strat ciśnienia oraz rzędnych linii ciśnienia w sieci wodociągowej. Wymagane ciśnienie rzeczywiste u odbiorców dla poszczególnych węzłów zestawiono w ostatniej kolumnie.

Rzędna ciśnienie gospodarczego:

R_g = R_t + H_{g (min)}

gdzie:

R_t-rzędna terenu, odczytana z mapy, m n.p.m.

R_{g (min)}-wymagane ciśnienie u odbiorców w zależności od liczby kondygnacji, m n.p.t.

Wysokość ciśnienia rzeczywistego u odbiorców:

H_rzecz = R_c − R_t

gdzie:

R_c- rzędna linii ciśnień, m n.p.m.

odc. między węzł.	d	l	Qmaxh	Qminh
			Qobl	i
-	mm	m	dm^3/s	‰
P
	500	170	154,6	1,7
1
	500	170	139,4	1,4
2
	315	290	58,8	2,5
3
	280	255	27,1	1,2
4
2
	280	245	26,9	1,2
5
2
		400	255	9,6
	A
			120	4,29
6
	250	285	24,1	1,7
7
6
	350	205	54,1	0,7
Z

5.3. Obliczenia parametrów pracy pompowni

Podczas maksymalnego godzinowego rozbioru wody

$Q_{\text{pmax}} = 154,6\ \frac{\text{dm}^{3}}{s} = 556,56\frac{m^{3}}{h}$

Wysokość podnoszenia pompy:

H_pmin = R_cp(Qmaxh) + h_p(Qmaxh) − R_zg = 187, 12 + 2 − 152, 6 = 36, 52

Rzędna terenu pompowni:

R_zg = R_tp + 0, 50 = 152, 1 + 0, 50 = 152, 60 m n.p.m.

Podczas minimalnego godzinowego rozbioru wody

$Q_{\text{pmin}} = 126,5\ \frac{\text{dm}^{3}}{s} = 455,4\frac{m^{3}}{h}$

Wysokość podnoszenia pompy:

H_pmax = R_cp(Qminh) + h_p(Qminh) − R_zd = 192, 1 + 1, 34 − 150, 6 = 42, 84 m

h_p(Qminh) = K_p • Q_pmin² = 83, 68 • 0, 1265 = 1, 34

$K_{p} = \frac{h_{p(Qmaxh)}}{{Q_{\text{pmax}}}^{2}} = \frac{2}{0,1546} = 83,68$

R_zd = R_tp − 1, 50 = 152, 1 − 1, 50 = 150, 6 m n.p.m.

6. Opis techniczny

Praca zawiera projekt koncepcyjny sieci wodociągowej przedstawionej na mapce dołączonej do tematu projektu. Sieć wodociągowa zasilana będzie w wodę przez pompownie drugiego stopnia oraz zbiornik sieciowy początkowy.

6.1. Ujęcie wody

Średnia dobowa wydajność ujęcia wynosi 8 550 m³/d, natomiast maksymalna dobowa wydajność ujęcia wynosi 12 141 m³/d.

6.2. Sieć wodociągowa

Zaprojektowano sieć wodociągową jednostrefową rozgałęzieniową. Trasy przewodów magistralnych usytuowano wzdłuż ciągów komunikacyjnych. Obliczenia sieci przeprowadzono dla rozbioru Q_maxh= 210,78 dm³/s oraz dla rozbioru Q_minh= 35,62 dm³/s.

Przewody wodociągowe tworzące sieć wodociągową, składać się będą z elementów:

rur prostych żeliwnych,

• kształtek, stosowanych do: zmiany kierunku przewodów (łuki, kolana), wykonania odgałęzień (trójniki, czwórniki), zmiany średnicy (zwężki),

• uzbrojenia: zasuw, hydrantów pożarowych, odwodnień i odpowietrzeń.

• Zasuwy na przewodach rozmieszczono tak, aby spełnione były warunki:

• przewód rozdzielczy oddzielony był zasuwą od przewodu magistralnego,

• przewód o mniejszej średnicy oddzielony był zasuwą od przewodu o średnicy większej,

• w razie awarii danego odcinka zasilanie wodą sąsiednich przewodów rozdzielczych powinno być zapewnione przez właściwe rozmieszczenie zasuw.

Dobrane średnice rur dla sieci projektowanej sieci wodociągowej podano w tabeli nr 5, wraz z długościami odcinków.

Tab. 5. Średnice rur dla sieci wodociągowej

Odcinek	d	l
-	mm	m
P-1	500	170
1-2	500	170
2-3	315	290
3-4	280	255
2-5	280	245
2-6	400	375
6-7	250	285
6-Z	350	205

6.3. Pompownia drugiego stopnia

Pompownia drugiego stopnia ma za zadanie tłoczenie wody do sieci

wodociągowej.

Pompę dobrano na podstawie wykresu doboru pomp II stopnia.

Wybrano pompę 3x125 PJM 200 .

6.4. Zbiornik sieciowy

Zbiornik sieciowy usytuowany został w początkowej części miasta na wysokości

160,80 m n.p.m.. Jego zadaniem będzie wyrównanie nierównomierności między poborem a dostawą wody, zapewnienie odpowiedniego ciśnienia wody w sieci oraz utrzymanie zapasu wody na wypadek pożaru.

Zaprojektowano zbiornik cylindryczny o pojemności użytkowej V_u = 1392,57 m³,

średnicy D_rz = 21 m oraz wysokości użytkowej warstwy wody h_urz = 4,0 m. Zapas wody na cele pożarowe V_p = 400,0 m³, a wysokość warstwy pożarowej h_p= 1,16 m. Objętość martwa zbiornika wynosi V_m = 138,48 m³, więc całkowita objętość zbiornika wyniesie V_c = 1 931,05 m³,

natomiast wysokość całkowita h_c = 5,20 m.