Гидравлический расчет и уклон канализационной трубы

Гидравлические характеристики коллекторов определяются их наибольшей пропускной способностью при заданном уклоне и площади живого сечения потока. Для проектирования бытовых водоотводящих сетей принимается безнапорный режим движения жидкости с частичным (0,5-0,8) наполнением труб. Следует иметь в виду, что в сетях, предназначенных для транспортировки дождевых вод, расчетные расходы наблюдаются не чаще одного раза в несколько лет. Следовательно, водоотводящие сети работают в безнапорном режиме при частичном заполнении. Этот режим обладает рядом преимуществ перед напорным. В бытовых и производственно-бытовых сетях необходимо обеспечивать некоторый резерв живого сечения трубопровода. Через свободную от воды верхнюю часть сечения трубы осуществляется вентиляция разветвленной водоотводящей сети. При этом из трубопровода непрерывно удаляются образующиеся в воде газы, которые вызывают коррозию трубопроводов и сооружений на них, осложняют эксплуатацию водоотводящих сетей и т.п.

В сточных водах также содержатся нерастворенные примеси органического и минерального происхождения. Первые имеют небольшую плотность и хорошо транспортируются потоком воды. Вторые (песок, бой стекла, шлаки и др.) имеют значительную плотность и транспортируются лишь при определенных скоростях турбулентного режима движения жидкости. Поэтому важнейшим условием проектирования водоотводящих сетей является обеспечение в трубопроводах при расчетных расходах необходимых скоростей движения жидкости, исключающих образование плотных несмываемых отложений. Для проведения гидравлических расчетов гофрированных двухслойных труб КОРСИС могут использоваться гидравлические формулы, номограммы и таблицы в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» и СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования». Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении их диаметра, уклона и параметров работы - наполнения и скорости. Обычно исходным для расчета является расход, который определяется в первую очередь.

Для расчета рекомендуются формулы постоянства расхода.

и Шези

где q - расчетный расход; ; - площадь живого сечения; v - скорость; С – коэффициент Шези; ; - гидравлический радиус; ; - смоченный периметр; i = hl /L - уклон лотка; hl - падение лотка на длине L.

В формуле Шези принято, что гидравлический уклон L равен уклону лотка i, так как движение воды равномерное.
Для определения коэффициента Шези рекомендуется формула Н. Н. Павловского (при 0,1< R < 3 м)

где y - показатель степени, определяемый по формуле:

где n - коэффициент шероховатости, зависящий от состояния стенок трубопровода.

Для приблизительных расчетов Н. Н. Павловский рекомендовал следующие формулы:

при y = 1/6 формула для С (коєфициента Шези) известна как формула Маннинга, справедливая для турбулентного режима жидкости.

Известно, что максимальный расход воды в трубах наблюдается при наполнении h/d=0,95, поэтому наполнение больше этого значения принимать нецелесообразно. Расчетные наполнения рекомендуется принимать даже меньше этого значения по следующим причинам. Во-первых, при определении расчетных расходов не учитывается колебание значений в пределах часа суток, когда может наблюдаться максимальный расход. Данное колебание может быть как в меньшую, так и в большую сторону. Во-вторых, вследствие неравномерности движения воды, наполнение отдельных участков трубопровода может бать больше расчетного. В целях исключения подтопления при расчетных условиях наполнение в трубопроводах бытовой водоотводящей сети рекомендуется принимать не более 0,8. Рекомендуемые максимальные значения степени наполнения приведены в Таблице.

В трубопроводах ливневой канализации и водостоках полных раздельных систем водоотведения, а также в общесплавных трубопроводах при расчетных условиях наполнение рекомендуется принимать равным 1, т.е. полным. Это объясняется тем, что расчетные условия в этих трубопроводах наблюдаются весьма редко. Таким образом, значительную часть времени эти трубопроводы будут работать при частичном наполнении. Расход сточных вод в водоотводящих сетях изменяется в широких пределах от определенного минимального до известного максимального, который принимается за расчетный. Обеспечить возможность транспортированиявсех примесей потоком во всем диапазоне расходов, в том числе и при минимальном, не представляется возможным, так как это потребувало бы прокладки трубопроводов с большими уклонами, а это привело бы к их значительным заглублениям.

В настоящее время расчет трубопроводов производится на условии поддержания труб в чистом состоянии при максимальном расчетном расходе. Таким образом, при минимальных рас ходах в трубопроводах допускаются отложения, но при достижении расчетного расхода трубопроводы должны самоочищаться. Здесь вводится понятие скорости самоочистки – минимальной скорости, которая должна обеспечиваться в водоотводящих сетях при расчетном расходе.

Если в формулу Шези подставить минимальную скорость, то можно получить минимальный уклон, при котором трубопровод самоочищается. Минимальные диаметры и уклоны водоотводящей сети приведены в Таблице.

Содержащиеся в сточных водах песок и другие минеральные примеси являются абразивними материалами, истирающими стенки трубопроводов. При этом интенсивность истирания пропорциональна скорости потока. Поэтому на основании многолетнего опыта эксплуатации водоотводящих сетей установлены максимально допустимые скорости, равные 4 м/с для неметаллических труб и 8 м/с - для металлических труб.

Для определения минимального уклона можно использовать следующую формулу:

где d - диаметр трубопровода, мм; - коэффициент, равный:

1 при d = 500 мм,
1,1 при d = 600-800 мм,
1,3 при d = 1000-1200 мм.

Расчет трубопроводов по формулам чрезвычайно сложен. Методы решения различных задач по расчету трубопроводов изложены в специальной литературе При проектировании водоотводящих сетей требуется выполнять расчеты большого числа отдельных участков трубопроводов с различными условиями проектирования. Их расчет производится с применением тех или иных упрощающих приемов, при которых используются разработанные таблицы, графики, диаграммы.

На рисунке приведены кривые изменения скоростей v и расходов q в трубах круглого сечения в зависимости от степени их наполнения. По оси ординат отложены степени наполнения h/d , а по оси абсцисс - соответствующие этим наполнениям скорости v и расходы q, выраженные в долях от скорости и расхода при полном наполнении. Диаметр самотечного трубопровода может быть определен по номограмме в зависимости от скорости течения жидкости, уклона трубопровода и величины расчетного рас хода стоков. Номограммы представляют собой графическое отображение формулы КолбрукаУайта. При условии, что температура воды составляет 10°С, а шероховатость трубопровода -0,00025 м. Наполнение трубы - это соотношение уровня воды (Н) к внутреннему диаметру трубы (Di).