Гидравлический расчет канализации

Основы гидравлического расчета канализационной сети

Канализационную сеть обычно устраивают самотечной, без­напорной и проектируют обычно на неполное заполнение. Целью гидравлического расчета является подбор диаметров труб, уклонов сети и определения отметок лотков и глубины заложения труб. Особенностью канализационной сети является:

• загрязненность сточных вод крупными и мелкими фракция­ми, способными образовывать пробки;

Гидравлический расчет канализации

Неполное наполнение канализационных труб:

• обеспечивает вентиляцию и удаление из них метана;

• служит как бы резервной емкостью на случай увеличения
сброса сточных вод;

• обеспечивает максимально возможную (при Н = 0,7-0,8)
скорость самотечного потока жидкости.

Максимально допустимое наполнение труб в зависимости от диаметра следующее: при D = 150-300 мм, Н= 0,6; при D = 350- 400 мм Н = 0,7; при D > 900 мм, Н = 0,8.

Все эти параметры взаимосвязаны и зависят в основном от

расхода сточных вод:

Гидравлический расчет канализации

Здесь с = (l ·R у )/n — коэффициент сопротивления; R = F/x ≈ D/4 —

гидравлический радиус; п — коэффициент шероховатости; х — смо­ченный периметр, м; y = f(R,n).

Гидравлический расчет сети ведут на максимальный секунд­ный расход, определению которого предшествует нахождение мо­дули стока или удельного среднего притока сточных вод с единицы поверхности города (квартала):

Гидравлический расчет канализации

где рн плотность населения, чел ./га;

q — норма водоотведения, л/сут.чел.

Модуль стока позволяет определить средний приток от квар­тала города по его площади:

где FГ — площадь квартала, га.

Поэтому территорию населенных мест разбивают на площади стока, тяготеющие к прилегающим участкам сети (см. рис. 8.3).

Если рельеф плоский, то разбивку территорий ведут по бис­-
сектрисам углов кварталов. После этого определяют расчетные
расходы на каждом участке.

Гидравлический расчет канализации

где kmaх — коэффициент общей максимальной неравномерности аодоотведения.

Сложность гидравлического расчета канализационной сети заключается в возможности возникновения множества технически допустимых вариантов сети, число которых может превысить даже возможности современных ЭВМ. Поэтому к расчету канализацион­ной сети подходят с известными упрощениями.

Например, исходят из принципа удержания наименьшего воз­можного заглубления. В этом случае рекомендуется следующая по­следовательность расчетов:

• зная расчетные расходы, выбирают минимальные диаметры,
позволяющие выдержать соответствующие уклоны, скорость и на­
полнение;

• если скорость не удовлетворяет критическим значениям, то­
гда увеличивают уклон, но не более чем на 0,01%;

• если расход слишком велик для максимально допустимого
уклона при заданном диаметре, тогда увеличивают диаметр на одну
ступень;

• если наполнение труб недопустимо велико, то увеличивают
их диаметр на одну ступень.

Глубина заложения уличной сети определяется по формуле

где h — наибольшая глубина заложения дворовой сети, м;

L — длина дворовой или внутриквартальной сети, м;

l — длина трубы от красной линии до соответствующего смотрового колодца уличной сети, м;

Z1 и Z2 отметки земли соответственно у смотрового дворово­го колодца и наиболее удаленного колодца, м;

— перепад между потоками дворовой и уличной канализации.

Рассмотрим общий ход расчета. Расчет ведется непосредст­венно от начала сети к насосной станции. Из рис. 8.3 видно, что расчетный расход по участку является суммой попутного, транзит­ного и бокового притоков.

Гидравлический расчет канализации

Расходы определяют с учетом коэффициента неравномерно­сти. Сосредоточенные расходы от предприятий, не имеющих не­равномерность, учитывают отдельно. Падение на участках сети оп­ределяется по формуле

где i — уклон труб, м/км;

l — длина участка, км.

Начальную глубину заложения находят по формуле (8.13). В этом случае отметка лотка в расчетной точке определяется по формуле

где Zi — отметка трубы в i-й точке, м;

hi — падение на i-м участке.

По величине расчетного расхода назначают диаметр и уклон трубопроводов так, чтобы наполнение и скорость жидкости v соот­ветствовали требованиям норм. Далее определяют глубины зало­жения сети в начале и конце каждого расчетного участка.

На практике гидравлический расчет канализационных сетей выполняется с помощью расчетных таблиц или на ЭВМ. Исходя из условий эксплуатации, минимальные диаметры трубопроводов ка­нализации принимают 150мм для внутриквартальных и 200 мм для уличных сетей, а для дождевой и общесплавной канализации — со­ответственно 200 и 250 мм. По результатам гидравлического расче­та строят продольные профили сети. Глубину заложения уличной канализационной сети допускается принимать меньше глубины промерзания на 0,3 м при диаметрах до 500 мм и на 0,5 м при больших диаметрах.

Правила гидравлического расчета канализации

Выбор данных для расчета

Для слаженной работы любой канализационной системы нужны грамотные расчеты, которые позволят узнать пропускную способность канализации и множество иных параметров, среди которых важное место занимает предельная степень наполнения данной системы, влияющая на корректную работу канализации.

Гидравлический расчет канализации

Схема канализации частного дома.

Формулы, позволяющие сделать гидравлический расчет канализационных сетей, являются необходимыми для установившегося равномерного движения.

Читайте также:  Прочистка систем канализации

Такая практика установилась вопреки тому, что движение вод в канализации не является равномерным. Это связано с тем, что формулы для неравномерного движения слишком сложны при расчетах. Поэтому решено использовать формулы для равномерного движения с учетом погрешностей.

Выбор данного вида расчета с формулами для равномерного установившегося движения является наиболее практичным решением. Именно такой расчет является идеальным соотношением между точностью получаемых данных и затрачиваемыми на это временем и усилиями.

Составление формулы

Гидравлический расчет канализации

Схема монтажа трехкамерного септика.

Для составления формулы гидравлического расчета канализации вам понадобится принять во внимание 4 переменные. Практически всегда используются только 2 из них. Связанно это с тем, что для расчета поставленных задач нужны именно 2 переменные. То, какие именно переменные это будут, зависит от поставленной конкретной задачи

Давайте определимся с тем, какие неизвестные фигурируют в формуле, нужной для гидравлического расчета канализации. Прежде всего это диаметр трубопровода канализации, который применительно к расчетам обозначается буквой d. Далее определяется средняя скорость потока в канализации. Эта переменная обозначается буквой v. Гидравлический уклон обозначается буквой l, а степень наполнения обозначается действием h/d, где h – высота канализационных труб.

Как уже говорилось, для произведения расчетов в зависимости от поставленной задачи используются 2 неизвестных. Чаще всего этими неизвестными являются степень наполнения и гидравлический уклон, обозначающиеся при расчетах h/d и d соответственно.

Максимальный уровень наполнения

Гидравлический расчет канализации

Схема монтажа наружной канализации.

Для корректной работы бытовой канализации должны быть соблюдены некоторые условия. Главнейшим из них является неполное наполнение канализационной системы. То есть трубы не должны быть наполнены содержимым полностью. Некоторая часть пространства должна оставаться свободной.

Такое требование предусмотрено техникой безопасности и требованиями к проектантам. Наличие некоторого пустого пространства в трубопроводах канализации нужно для того, чтобы создавалось место, позволяющее выйти скопившимся ядовитым, взрывоопасным и прочим газам.

Также свободное пространство в трубопроводе канализационной системы позволяет беспрепятственно проходить твердым и габаритным предметам, попавшим туда. То есть свободное пространство в трубопроводе – это создание дополнительной пропускной способности на случай повышения уровня жидкости или же иного содержимого канализации.

Исходя из представленного выше требования, созданы нормы, которые предписывают величину максимального наполнения трубопровода содержимым. Эта величина всецело зависит от диаметра трубы. Чем больше диаметр, тем больше величина максимального наполнения трубы.

Вот как выглядит эти соответствия:

Диаметр трубопровода, мм

Величина максимального наполнения

Такое соотношение величин диаметра трубопровода и максимального наполнения свойственно только для бытовой канализационной системы. Касательно промышленной системы действуют иные нормы.

Эти нормы действуют также и для верховой части канализационной системы бытового использования. Связано данное решение с тем, что верховая часть канализации вбирает в себя сточные воды, которые могут вбирать и нести всю уличную грязь и некоторый мусор, включающий габаритные предметы. Еще оной причиной является и то, что верховая часть канализации чаще всего подвержена очистке специальными службами. Больший диаметр труб упрощает данную процедуру.

Гидравлический уклон и самоочищающаяся скорость

Гидравлический уклон канализационных труб позволяет осуществлять качественный проход содержимого канализационной системы. Если данная величина рассчитана грамотно, то вероятность засорения трубопровода минимальна. Данный фактор немаловажен для бесперебойной работы всей системы.

Гидравлический расчет канализации

Схема устройства канализации.

Расчет гидравлического уклона зависит от таких показателей как диаметр канализационной трубы и самоочищающаяся скорость. Данный расчет подходит прежде всего для трубопроводов бытовой канализации, так как они имеют некоторые особенности, связанные с вязкостью и физическим состоянием содержимого, проходящего по ним.

Самоочищающаяся скорость – это скорость, являющаяся максимальной для потока канализационного содержимого, которая определяется при максимальном расчетном расходе. При этом в трубах должны отсутствовать засорения, загрязнения и иловые отложения.

Величина самоочищающейся скорости зависит от диаметра труб. Соответствие можно наглядно показать в виде следующей таблицы:

Диаметр трубопровода, мм

Правила расчета по вспомогательным таблицам

Гидравлический расчет канализации

Схема канализации в частном доме.

Все расчеты, производимые проектантами канализационных систем, сложны и требуют затрат значительного количества времени и трудовых ресурсов. Дабы решить данную проблему и оптимизировать производительность умственного труда, были составленные специальные таблицы, которыми и пользуются проектанты при своих расчетах.

Все расчеты, которые выполняются согласно значениям, приведенным в специальных таблицах, начинаются с расчета гидравлических значений для коллектора. Далее идут расчеты для верховых участков канализации и уже в самую последнюю очередь определяются значения для конечных участков канализационной системы.

Расчеты производятся для каждого участка системы. Сначала проектант задает начальный уклон трубы, который должен быть равен уклону поверхности земли или же быть приближенным к данному значению. После задания гидравлического уклона в таблице отыскивается следующие составляющие, которые соответствуют заданному уклону: диаметр трубы, уровень наполнение и скорость потока в трубопроводе.

Следующим этапом гидравлического расчета канализационной системы является определение оптимальной глубины заложения труб. Тут тоже используют вспомогательные таблицы. Однако полностью на них полагаться на данном этапе не стоит. При расчете глубины залегания труб нужно учитывать множество факторов, например, рельеф, почву, температуру промерзания грунта и т. д.

Гидравлический расчет канализации

Схема видов канализации.

При гидравлическом расчете канализационной системы важно знать очень важный момент. Весь участок трубопровода должен быть по возможности максимально равномерным. То есть вам нужно избегать каких-либо перепадов высот или же чего-то подобного. Нужно стремиться к тому, чтобы скорость потока была постоянной.

Читайте также:  Автономная канализация что это

Достигается это посредством правильного расчета, подбора диаметра труб и их гидравлического уклона. В местах, где перепада высот избежать никак не удастся, стоит устанавливать специальные пересадочные колодцы или же колодцы-гасители, где перепад высот стремится от высокого к низкому.

Разработка продольного профиля канализации

Окончательным этапом гидравлического расчета канализационной системы является создание продольного профиля этой системы. Это своеобразный масштабный макет канализации, который предназначен для того, чтобы отметить все составляющие и расчеты будущей канализационной системы.

Продольный профиль составляется согласно принятому ГОСТу. Все правила составления данного профиля идентичны для каждого из конструкторов. ГОСТом определятся содержимое продольного профиля, его размер и информационная нагрузка, которую он должен нести. Продольный профиль представляет собой развертку по оси канализационного трубопровода.

Основная информация о расчетах и канализационной системе наносится как на сам профиль, так и под и над ним. Масштаб данного документа может иметь числовое значение от 1:100 до 1:1500. Точное значение определяется проектантом и наносится слева от готового продольного профиля.

Информация, указанная на продольном профиле

Гидравлический расчет канализации

Схема автономной канализации.

Профиль отображает поверхность земли и уровень грунтовых вод. Эти данные непосредственно связаны с расчетами гидравлической составляющей канализационной системы. Продольный профиль отражает наличие в месте прокладки канализационного трубопровода коммуникационных инженерных сетей и дорог (как железных, так и автомобильных).

Немаловажной информацией, отражающейся непосредственно на профиле, являются данные о грунтах: их состояние, предрасположенность к замерзанию, физическое состояние и т. д. Данная информация не является второстепенной при произведении расчетов.

Конечно, продольный профиль включает в себя чертеж самой канализационной системы. Тут отражаются все составляющие канализации: трубопроводы, колодцы, различные соединения. На продольный профиль должны быть нанесены все составляющие канализационной системы.

Информация, указанная сверху и снизу продольного профиля

Место, которое есть сверху и снизу продольного профиля, заполняется информацией, которая включает в себя разнообразные расчеты и расчетные данные, требуемые для создания канализационной системы. Все данные гидравлического расчета наносятся на продольный профиль (сверху и снизу).

Гидравлический расчет канализации

Схема ливневой канализации.

Вверху продольного профиля наносятся все сооружения, которые отстоят от земли. Эта касается мостов эстакад, насосных станций, зданий и прочего. Там же отмечается такая информация, как глубина заложения труб. Не стоит забывать и про номера буровых скважин, они тоже наносятся вверху продольного профиля.

Место, находящееся внизу профиля, предназначено для расчетной и другой информации. Туда наносится информация по всем данным гидравлического расчета канализационной системы. Туда же вставляются дополнительные планы и схемы, которые нужны для создания канализации.

Внизу продольного профиля канализационной системы располагаются все числовые данные, например, длина всего трубопровода, расстояние отдельных участков, высота колодцев и т. д. Отмечается там и глубина заложения вместе с углами уклонов канализационных труб.

Требования при гидравлическом расчете

Все расчетные работы ведутся согласно требованиям, которые предъявляются проектантам. Эти требования направлены на создание работоспособной долговечной канализационной системы, которая сможет прослужить многие десятилетия без снижения нагрузочных параметров.

Вот список основных таких требований:

  • скорости потока должны быть равномерны во всех частях канализационной системы. Недопустимо превышение скорости потока в коллекторе, в боковых трубопроводах;
  • места слияний потоков не должны быть предрасположены к появлению струй и столкновению вод;
  • поток боковых труб не должен тормозить поток в коллекторе. Уровень содержимого боковых труб не должен быть ниже уровня содержимого коллектора;
  • дно боковой трубы не должно быть ниже, чем расчетное зеркало воды в коллекторе;
  • угол между трубами, отводящими и присоединяемыми, не должен быть меньше 90 градусов.

Следование этим правилам и требованиям является обязательным для правильного и грамотного гидравлического расчета канализационной системы.

Гидравлический расчет канализации

Эффективная работа канализации возможна только при сбалансированном поступлении и отводе сточных вод, общий объем которых соответствует пропускной способности системы. Кроме пропускной способности труб существует множество других параметров, которые необходимо учесть. В качестве основы для гидравлического расчета канализации чаще всего становится предварительно определенный расход: объем стоков на 1 человека в сутки, около 200 л.

Правильное проведение расчетов важно при создании автономной канализации в загородном доме, так как большинство таких систем являются самотечными. Главная особенность самотечных систем — отсутствие напора потока жидкости, что накладывает ограничения на конфигурацию системы труб из-за необходимости постоянно выдерживать их уклон. Несоблюдение уклона может привести к замедлению потока, засору и нарушению работы всей канализационной сети. Как ни удивительно, но слишком большой уклон также может оказать негативное влияние на работу канализации.

Как производится гидравлический расчет?

При гидравлическом расчете канализации используются специальные формулы, позволяющие подобрать соответствующее оборудование, вычислить углы наклона труб и организовать равномерное движение стоков. Однако известно, что движение стоков в трубах неравномерно. Что же рассчитывается по этим формулам? Ответ простой: расчет неравномерного движения жидкости — слишком сложная математическая задача.

таблица для расчета уклонов канализационных труб

Поэтому для бытовых нужд с учетом некоторых допущений и погрешностей было принято решение рассматривать поток стоков равномерно движущимся в системе труб. Формулы, используемые для гидравлического расчета индивидуальной канализации, являются практичным компромиссным вариантом, который позволяет получить приемлемые результаты без чрезмерных затрат времени и сил на более точные расчеты. Для еще большего упрощения расчетов готовые значения для типовых случаев приведены в различных таблицах, графиках и номограммах.

Читайте также:  Промывка канализации гидродинамическим способом видео

Как составляется формула?

Для упрощения гидравлических расчетов используется небольшое количество переменных. Какие именно будут выбраны переменные — зависит от поставленной задачи. Чаще всего при гидравлическом расчете канализации учитываются диаметр трубопровода”D”, средняя скорость движения жидкости ”V” и уклон труб ”I”. Степень заполненности трубы стоками обозначается символом ”y”, вычисляется соотношением H/D, где H – высота уровня жидкости в трубе. Соответственно, пустая труба будет характеризоваться значением y=0, если полностью занятая труба y=1.

влияние диаметра трубы на прочие параметры

Интересно, что для наибольшей эффективности автономной канализации трубы не должны быть заполнены стоками на 100%, то есть ”y” не должно быть равно 1. Оптимальное значение заполнения трубы обозначается ”K” и лежит в пределах 0,5-0,6. Диапазон в значении параметра K объясняется различными дополнительными воздействиями, которые влияют на движение стоков. Чаще всего такое воздействие на стоки оказывают свойства материала трубы.

Оптимальный уровень заполнения трубы

Стеклянные или пластиковые трубы имеют очень гладкую внутреннюю поверхность с низким коэффициентом трения, поэтому для таких труб среднее значение K=0,5. Чугунные, керамические и асбестовые трубы имеют повышенную шероховатость, поэтому для преодоления сопротивления масса стоков должна быть больше, K=0,6. Указанные разные значения K для разных типов труб позволяют поддерживать в канализационной сети оптимальную скорость движения стоков V=0,7 м/с.

коэффициенты шероховатости труб

Незанятый стоками свободный объем в трубе выполняет несколько важных задач: возможность выхода скопившихся газов, упрощается движение крупных фрагментов твердого мусора. Логично предположить, что с увеличением диаметра канализационной трубы будет увеличиваться ее уровень заполненности K.

В таблице указаны уровни заполнения труб различного сечения:

D (диаметр трубы), мм

Уровень заполнения трубы

монтаж канализационной трубы с уклоном

В идеале максимальный расход воды, то есть пропускная способность трубы, будет при уровне заполненности 0,95. Но в реальности цифра снижена до 0,8. Из-за неравномерного заполнения канализации стоками в одно и то же время некоторые части труб могут быть полны, другие — пусты. В таких условиях заполнение почти на 100% может привести к нерасчетному переполнению и подтоплению трубопроводов. Другими словами, залповый сброс не уйдет в слив, а быстро заполнит трубы, может сорвать гидрозатворы и стоки попадут в жилые помещения.

Угол уклона канализационной трубы

Угол уклона канализационных труб зависит от их диаметра. В крупных проектах при расчете уклонов труб принимается во внимание уклон поверхности земли, необходимость снижать объем и стоимость земляных и строительных работ. В этом случае расчет должен проводиться более точно, так как требуется найти минимальные значения уклонов на каждом из участков канализационной сети. При проектировании бытовых канализационных сетей часто достаточно взять значения из готовых таблиц.

Уклон труб внутренней канализации на 1 м:

Диаметр отводящей трубы, мм

Особые условия — это объективные природные или технологические помехи, которые не позволяют организовать нормальный уклон. Максимальный уклон равен 0,15, то есть снижение трубы на 15 см на 1 погонный метр. При большем уклоне канализация будет работать неэффективно.

Слишком большой уклон и скорость потока

Не рекомендуется использовать слишком большой уклон отводящих труб. Казалось бы, крутой наклон позволит стокам течь с большой скоростью, в результате чего пропускная способность всей канализационной системы возрастет. Но стоки поступают неравномерно. При слишком быстром перемещении объем стоков будет делиться на фракции разной плотности и вязкости. Быстрее всех по трубе стечет вода, имеющая наименьшую вязкость. Без воды плотные фракции стоков с большой массой прилипнут к стенкам трубы, чем уменьшат ее внутренний диаметр и вызовут засор.

слишком большой уклон снижает эффективность трубы

Слишком быстрый поток, несущий абразивные частицы, будет сильно изнашивать внутреннюю поверхность трубы истирающим воздействием, чем быстро исчерпает ее ресурс. Для металлических канализационных труб максимальная скорость потока составляет 8 м/с, для керамических, бетонных, асбоцементных и т.п. 4 м/с. Для ливневой канализации, где в основном сбрасывается практически чистая вода, соответственно, 10 м/с и 7 м/с.

Минимальная скорость движения стоков называется критической или самоочищающей. Имеется в виду, что это минимальная скорость, при которой стоки будут перемещаться, не оседая на внутреннюю поверхность трубы. При расчете минимальной скорости могут учитываться размеры крупных фрагментов в стоках, гидравлический радиус и степень наполнения трубы. Для осветленных, биологически очищенных стоков минимальная скорость движения составляет 0,4 м/с.

Формулы для более точных расчетов

Готовые инженерные таблицы и графики, используемые при проектировании канализационных сетей, не охватывают всех возможных вариантов. Поэтому для получения более точных результатов в базовые формулы гидравлического расчета могут вводится различные дополнительные переменные и коэффициенты. Это может понадобиться, если система канализации заметно отличается от стандартного варианта какой-нибудь технической особенностью.

Популярные модели

Гидравлический расчет канализации

Источники: http://lektsii.org/7-22715.html, http://1pokanalizacii.ru/ustrojstvo/gidravlicheskij-raschet-kanalizacionnyx-setej.html, http://www.avtonomno.ru/articles/gidravlicheskij-raschet-kanalizaczii/

Как вам статья?

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о септиках
Добавить комментарий
Adblock
detector