Таврійський державний агротехнологічний університет

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Таврійський державний агротехнологічний університет

Енергетичний факультет

Кафедра «Гідравліка і теплотехніка»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до розрахунково - графічної роботи

РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

з навчальної дисципліни

ГІДРАВЛІКА І СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКЕ

ВОДОПОСТАЧАННЯ

для студентів денної форми навчання

за напрямом: 6.100101 – «Енергетика та електротехнічні системи

в агропромисловому комплексі», ОКР «Бакалавр»

Мелітополь - 2013

Методичні вказівки розробили: доц. к.т.н. Журавель Д.П.,

ст. викл. Стоєв М.Ф., ас. Петренко К.Г., ас. Зубкова К.В.

Методичні вказівки розглянуті схвалені на засіданні

кафедри Гідравліки і теплотехніки

Протокол № __ від "__" __________201__ р.

Рекомендовані до друку методичною комісією

Енергетичного факультету

Протокол № __ від "__" __________201__ р.

Рецензент д.т.н. професор кафедри «ЕТАПК»,

Таврійський державний агротехнологічний університет Л.Є. Никифорова

Методичні вказівки виконання розрахунко – графічної роботи з дисципліни «Гідравліка і сільськогосподарське водопостачання» Д.П. Журавель, М.Ф. Стоєв, К.Г. Петренко, К.В.Зубкова.

Мелітополь, 2013р. - 38с. 2 іл. 6 табл.

Зміст

ВСТУП

Забезпечення водою сільських населених пунктів та сільськогосподарських виробництв є складником соціальної сфери села.

Метою розрахунково-графічної роботи є поглиблення вивчення студентами питань сільського водопостачання і закріплення теоретичних знань практичними розрахунками.

Робота виконується на рівні технічного проекту системи водопостачання господарства за рахунок підземних вод з свердловинним водозабором.

З метою спрощення роботи в ній передбачене проектування тільки зовнішньої водопровідної мережі.

Розрахунково-графічна робота складається з пояснювальної записки (формат А4, розмір 297 х 210 мм) та одного листа графічного матеріалу (формат А2, розмір 594 x 420 мм).

Методичні рекомендації супроводжуються розглядом прикладу (господарство №7), що має наступних споживачів: житловий сектор (ЖС) - 300 чол.; тваринницька ферма (ТФ)-600 голів; птахоферма (ГТФ)-100000 шт.; механічний двір (МД) - 1 з середньодобовим споживанням води 40 м³/доб.; масштаб карти-схеми-1:50000; глибина динамічного рівняння води в свердловині - 69м.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ПОТРЕБИ У ВОДІ І РОЗРАХУНКОВИХ ВИТРАТ ВОДИ

Добова потреба у воді по господарству визначається шляхом складання максимальної потреби в ній всіх видів споживачів.

Середньодобове споживання води кожним видом споживачів м³/доб визначається за формулою:

(1)

де q - середньодобова норма споживання одним споживачем, л/доб, приймається по Додатку Д.

п - кількість споживачів води: мешканців, голів тварин і інше, приймається по Додатку В.

Фактичне добове споживання води у продовж року відрізняться від середньодобового, що враховується коефіцієнтом добової нерівномірності водоспоживання К_ДОБ.

Максимальне значення споживання води кожним видом споживачів визначається за формулою

(2)

- максимальний коефіцієнт добової нерівномірності водоспоживання, приймається рівним 1,3.

В якості розрахункових приймаються максимальні витрати води на ділянках, які знаходяться таким чином: спочатку знаходяться середньогодинна витрата води в добу максимального водоспоживання за залежністю

(3)

де - середньогодинна витрата води в добу максимального водоспоживання;

24- кількість годин на добу.

Таблиця 1 - Добове та максимальне водоспоживання

Для знаходження максимальної годинної витрати до середньогодинної витрати застосовується максимальний коефіцієнт нерівномірності годинного водоспоживання, який складає: для житлової зони 1,3...2; для тваринницьких ферм і виробничих ділянок 1,9...2,5.

Розрахункова витрата для кожного споживача визначається за залежністю

(4)

де - максимальна годинна витрата води;

3600- кількість секунд в годині

Результати розрахунків заносимо в таблицю 2.

Визначення розрахункових витрат води можна виконати й за іншими методиками, які наводиться в літературних джерелах.

Таблиця 2 – Результати з розрахунків з визначення розрахункових витрат води для окремих споживачів

Споживач	Максимальна добова витрата, м3/доб	Середньогодинна витрата води в добу максимального водоспоживання, м3/доб	Максимальний годинний коефіцієнт годинної нерівномірності водоспоживання,	Максимальна годинна витрата води, м3/доб	Розрахункова витрата , м3/с
Житловий сектор (ЖС)	78	3,25	1,3	4,3	0,0012
Тваринницька ферма (ТФ)	54,6	2,28	2,1	4,7	0,0013
Птахоферма (ПФ)	130	5,42	2,1	11,3	0,0031
Механічний двір (МД)	52	2,17	2,4	5,2	0,0014
Загальна потреба у воді по господарству	314,6	13,11	1,9	24,9	0,0068

2. ВИБІР МІСЦЯ РОЗТАШУВАННЯ СВЕРДЛОВИНИ, ВОДОНАПІРНОЇ БАШТИ ТА ПРОКЛАДКИ ВОДОПРОВІДНОЇ МЕРЕЖІ

Проектування системи водопостачання здійснюється на карті-схемі (див. дод. Б та рис.1).

Проектування водопроводу починається із вибору місця розташування водонапірної башти. Розташовують її у найбільш високих точках території об'єкту водопостачання. У роботі пропонується запроектувати систему водопостачання з баштою на початку мережі (з прохідним резервуаром). Свердловину слід розмістити поруч з водонапірною баштою на відстані 20...30 м. При цьому слід передбачити зони санітарної охорони водозабірного вузла.

На карті-схемі господарства, у відповідності з рис.1, від обраної точки розташування водонапірної башти прокладаються лінії водопроводу до споживачів води.

Довжина трубопроводу на окремих ділянках водопровідної мережі L, м визначається за формулою

, (5)

де а- довжина лінії між суміжними точками на карті-схемі господарства, см, зміряна лінійкою;

М - масштаб карти-схеми, приймається по завданню (див. дод. В).

Відмітки (висоти) поверхні землі, у вузлових точках водопровідної мережі визначається по горизонталям (у відповідності з рис.1), Якщо точка розташована на, горизонталі, то відмітка її буде дорівнювати відмітці горизонталі. Якщо точка розміщена між горизонталями, то відмітка її визначається методом інтерполірування, який полягає в тому, ідо знаходиться відстань (в частках одиниці) на якій точка розміщена, від горизонталі з меншою відміткою (між двома горизонталями), наприклад на відстані 1/3 від горизонталі 115 м (між горизонталями 115 і 120 м). Так як висота перетену рельєфа горизонталями на всіх картах схемах 5 м, то 1/3 від 5 метрів складає 1,67 м. Тоді відмітка точки буде дорівнювати 115+1,67=116,67 м.

Рисунок 1 – Схема водопровідної системи господарства

Отримана довжина ділянок трубопровода та відмітки землі заносяться до таблиці 3.
Таблиця 3 – Довжина ділянок водопровідної мережі і відмітки землі в вузлових точках

3.ГІРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ВОДОПРОВІДНОЇ МЕРЕЖІ

Гідравлічний розрахунок водопровідної мережі полягає в визначенні діаметрів трубопровода за відомими витратами води та втрат напору на всіх ділянках.

Для зручності виконання гідравлічного розрахунку водопровідної мережі рекомендується при цьому користуватися таблицею 4 в яку і заносяться результати розрахунків.

Таблиця 4 - Результати гідравлічного розрахунку водопровідної мережі.

Ділянка	Довжина, L,м	Розрахункова втрата, , м3/с	Діаметр труб, d, мм	Фактична швидкість, Vф, м/с	Питомий опір, А (с/м3)2	Поправочний коефіцієнт,	Втрати напору, hв, м
1	2	3	4	5	6	7	8
Башта – Точка 1	750	0,0068	100	0,85	300	1,03	10,72
Точка 1- ЖС	500	0,0012	80	0,24	909,6	1,39	0,91
Точка 1- Точка 2	1250	0,0058	100	0,73	300	1,07	13,5
Точка 2-МД	500	0,0014	80	0,28	909,6	1,35	1,2
Точка 2- Точка 3	750	0,0044	80	0,88	909,6	1,03	13,6
Точка 3-ТФ	650	0,0013	80	0,26	909,6	1,38	1,38
Точка 3-ПФ	750	0,0031	80	0,62	909,6	1,11	7,20
Другий варіант розрахунку
Башта – Точка 1	750	0,0068	125	0,56	92,8	1,16	3,73
Точка 1- ЖС	500	0,0012	80	0,24	-	-	0,91
Точка 1- Точка 2	1250	0,0058	125	0,48	92,8	1,2	4,6
Точка 2-МД	500	0,0014	80	0,28	-	-	1,2
Точка 2- Точка 3	750	0,0044	100	0,55	300	1,16	5,05
Точка 3-ТФ	650	0,0013	80	0,26			1,38
Точка 3-ПФ	750	0,0031	100	0,39	300	1,24	2,68

Довжина ділянок водопровідної мережі для гідравлічного розрахунку трубопроводи приймається з таблиці 3.

Розрахункові витрати споживачів приймаються з таблиці 2. Для ділянок, по яких вода подасться до декількох споживачів (наприклад ділянка: точка 1- точка 2, по якій вода подасться для МД, ТФ і ПФ, у відповідності з рисунком 1) розрахункова витрата приймається як сума розрахункових витрат для кожного із цих споживачів.

Діаметр трубопровода, d, мм визначається за формулою

d = , (6)

де 1, 13- коефіцієнт для перехода від живого перерізу потоку, до діаметра трубопроводу;

- розрахункова втрата води, що протікає по даній ділянці трубопроводу, м³/с, і приймається з таблиці 2;

Ve- економічно доцільна швидкість води в трубопроводі, 0,7...1,5 м/с, приймаємо 1 м/с.

Одержані фактичні діаметри труб округляються до найбільшого стандартного значення (додаток Е), враховуючи необхідність пропуску протипожежної витрати, для чого діаметр труб не можна назначати менше 75 мм, і враховуючи, що чавунні труби випускаються діаметром 80 мм, то їх і слід застосовувати. Знайдені значення діаметрів трубопроводів заносяться в таблицю 4.

Фактична швидкість води у трубопроводі, V_ф, м/с визначається за формулою

V_ф = , (7)

де - розрахункова втрата води на ділянці;

- площа живого перерізу трубопроводу, м².

, (8)

Одержані значення V_ф заносимо є таблицю 4.

Втрати напору, ,м визначаються за формулою

(9)

де А - питомий опір труб, (с/м³ )², приймається за дод. Ж;

- розрахункова довжина трубопроводу, тобто, довжина, що враховує втрати напору в місцевих опорах у кількості 10% від загальних втрат напору ( =1,1 ), м.

- розрахункова втрата води на даній ділянці водопроводу, м³/с;

- поправочний коефіцієнт, приймається по дод. З, в залежності під фактичної швидкості руху води на ділянці трубопроводу.

Втрати напору на окремих ділянках водопровідної мережі не повинні перевищити 2...5 м. У випадку значного перевищення означеної величини втрат необхідно збільшити діаметр труб на даній ділянці.

Одержані значення втрат напору на окремих ділянках водопровідної мережі, (див. таблицю 4, величини 10,72; 13,50; 13,60; 7,20 м.) перевищують рекомендовані (2...5), тому на ділянках . башта-точка І; точка 1- точка 2; точка 2 - точка 3 та точка 3 - ПФ збільшуємо діаметр трубопроводу до наступного більшого стандартного значення й визначаємо втрати напору (другий варіант розрахунку, див. таблицю 4).

Одержані величини втрат напору задовольняють вищезазначеній рекомендації і приймаються для подальших розрахунків.

4. ВИЗНАЧЕННЯ ВИСОТИ ВОДОНАПІРНОЇ БАШТИ

Висота водонапірної башти визначається виходячи з умов забезпечення подачі води в усі точки системи водопостачання. Остаточно висота башти приймається по максимальному розрахунковому значенню, відповідно диктуючій точці, тобто точці в яку найбільш складно подати воду.

Таким чином, спочатку визначається висота водонапірної башти для кожної точки системи за формулою

(10)

де - вільний папір в точці, м, приймається по дод. К;

- сума втрат напору від водонапірної башти до точки, м, обчислюється за даними таблиці 4;

- відмітка землі в точці, м, приймається з табл.3;

- відмітка землі біля баштb, м, приймається з табл. 3.

Результати обчислень заносяться в таблицю 5.

Диктуючою точкою в даній системі водопостачання є птахоферма, необхідна висота башти для якої (див. табл. 5) складає 12,06 м. Керуючись додатком Л приймаємо уніфіковану сталеву башту висотою 12 м, враховуючи при цьому, що місткість бака поки що не визначено.

Таблиця 5- Результати розрахунків по визначенню диктуючої точки

5. ВИЗНАЧЕННЯ МІСТКОСТІ БАКА

ВОДОНАПІРНОЇ БАШТИ

В невеликих сільськогосподарських системах водопостачання, якою і є система що проектується, застосовується автоматизований повторно-короткочасовий режим роботи насоса, що дозволяє значно зменшити місткість регулюючого бака.

Регулюючий об'єм бака (місткість) визначається за формулою

(11)

де - подача насоса, м3/год, приймається рівною максимальному годинному споживанню води системою (див. таб. 2), яке складає - 24,9 м3/год (округлено 25 м3/год);

- допустиме число включень насоса на годину, 2...6, (приймаємо 2)

=3,12 м³

Так як мінімальна місткість бака стандартних башт складає 15 м3, то приймається остаточно башту з баком місткістю 15 м3 і раніше прийнятою висотою 12 м.

6. КОНСТРУКЦІЯ ТА ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ВОДОПІДЙОМНОГО ТРУБОПРОВОДУ

Водопідйомний трубопровід, при використанні підземних вод служить для переміщення води від насоса до водонапірної башти. Довжина його м, визначається з врахуванням динамічного рівня води в свердловині за формулою

(12)

де - глибина до верха занурювального насоса нижче динамічного рівня води у свердловині, приймається в межах 1...2 м (приймаємо 1 м);

- глибина динамічного рівня води у свердловині відносно поверхні землі, м, приймається з додатка В (в цьому прикладі вона складає 69 м);

- довжина з'єднуючої ділянки від свердловини до башти, приймається в межах 20...30 м (приймаємо 20 м).

Підставивши значення величин отримаємо

= 1+69+20=90 м.

Гідравлічний розрахунок водопідйомного трубопроводу, як і трубопроводів водопровідної мережі, полягає в визначенні діаметра його і втрат напору. Діаметр цього трубопроводи визначається за формулою (6). Розрахунковою витратою для нього є максимальне значення годинного водоспоживання по системі у цілому (див. табл. 2) що складає 24,9 м³/год, або округлено 0,007 м³/с. Швидкість води приймаємо 0,7 м/с.

d = =113 мм.

Приймаємо діаметр, труби 120 мм, тоді фактична швидкість руху води, що обчислюється за формулою (7), буде 0,62 м/с.

Визначення втрат напору в цьому трубопроводі проводиться як у короткому, тобто окремо визначаємо втрати напору в місцевих опорах, і втрати напору по довжині, після чолі обчислюємо повні втрати напору, як суму втрат в місцевих опорах і по довжині. Втрати напору по довжині, , визначається за формулою

, (13)

де - коефіцієнт гідравлічного тертя при турбулентному режимі руху води у нових чавунних трубах =0,025...0,055 приймаємо - 0,03;

- довжина трубопроводу, м, ( =90 м);

d - діаметр трубопроводу, м, визначений вище, 0,12 м;

V - середня швидкість руху води у трубопроводі, м/с, визначена вище в цьому ж розділі 0,62 м/с;

g - прискорення вільного падіння, м/с².

Втрати напору у місцевих опорах, , визначаються за формулою

(14)

де - коефіцієнт місцевого опору.

В цьому прикладі мають місце 3 місцеві опори - коліно, засувка і трійник.

Коефіцієнти для них будуть наведені нижче.

Рівняння для визначення повних втрат напору буде мати вид

- коефіцієнт втрат напору у коліні, 1,1;

- коефіцієнт втрат напору у засувці, 0,15;

- коефіцієнт втрат напору у трійнику, 1,1.

Підставивши значення величин отримаємо

=0,49м

Проектний напір у водопідйомному трубопроводі, Н_т, визначається за формулою

, (16)

де Н_Г - геометрична висота підняття води, м;

- втрати напору, м, визначені вище, 0,49 м.

Геометрична висота підняття води визначається за формулою

, (17)

де - глибина динамічного рівня води у свердловині, по завданню 69 м;

- висота башти, м, визначена вище, 12 м;

- висота бака водонапірної башти, м. Приймається для башт з баком місткістю 15 м³-3,25 м, 25 м³- 4,11 м і 50 м³- 8,22 м.

Н_Г= 69+12+3,25= 84,25 м.

Напір у трубопроводі, таким чином, буде складати

Н_Т = 84,25 + 0,49 = 84,74

7. ПІДБІР НАСОСА ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОТУЖНОСТІ НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ

Для підняття води з свердловин застосовуються занурювальні насоси типу ЕВВ (електрифікований, відцентрований, водопідйомний). Насос підбирається по максимальній годинній витраті води у системі водопостачання ( О_р= 25 м³/год., див. формулу 11) та необхідному (проектному) напору Н_т= 84,74 м. У відповідності з додатком М приймається насос ЕЦВ 8-25-100 з подачею 25 м³/год та напором 100 м. (Маркіровка ЕЦВ рос. Е – електрофицированный, Ц-центробежный; В- водоподъемный). ККД — 0,66. Потужність електродвигуна 11 кВт.

Потужність насосної установки визначається за формулою

, (18)

де - густина води, 1000 кг/м³;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- подача насоса, 25 м³/год, або 0,0069 м³/с;

Н - напір, 84,74;

-ККД насоса, 0,64.

= 8962,3 Вт= 9 кВт

Порівняння потужності електродвигуна (11 кВт) і споживаної потужності, яка становить 9 кВт показує, що потужності електродвигуна достатньо і насосна установка з цим електродвигуном буде працювати надійно.

8. КОМПОНОВКА ВОДОЗАБІРНОГО ВУЗЛА. ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ГРАФІЧНОЇ ЧАСТИНИ РОБОТИ

Компоновку водозабірного вузла слід виконувати у відповідності з викладеними вище рекомендаціям цих методичних вказівок (розділ 3), а також у відповідності з отриманою загальною довжиною напірного трубопроводу та окремих його ділянок.

На єднальній ділянці трубопроводу від свердловини до водонапірної башти слід передбачиш засувку для перекриття трубопроводу у випадку виконання ремонтних робіт або при заміні занурювального насоса. Зразок компоновки вузла наведений на рис. 2.

Компоновка водозабірного вузла виконується на листі формату А2.

9 ВИЗНАЧЕННЯ СОБІВАРТОСТІ ВОДИ

Собівартість одного метра кубічного води, що подається системою водопостачання. А, грн/м³ визначається як частка від ділення суми річник експлуатаційних затрат по системі на кількість поданої води споживачам за рік за формулою

А=С/W_річ (19)

де С - сума річних експлуатаційних затрат по системі, грн.;

W_річ- об'єм води поданої системою за рік.

Річні експлуатаційні затрати, С, складаються з амортизаційних відрахувань на поточний ремонт, заробітної плати обслуговуючого та адміністративно-управлінського персоналу, вартості регентів та матеріалів, вартості електроенергії і інших (неврахованих) затрат.

Амортизаційні відрахування, як відомо, це частина вартості основних фондів, тобто капіталовкладень, К, яка переноситься на створювану продукцію.

Капіталовкладення, К, визначаються за формулою

К= Q _ДОБ.СР ∙П_у (20)

де Q _ДОБ.СР.-середньодобова витрата води з системи, м³/доб, яка складає 242 м³/доб, див. табл. 1;

Рисунок 2 - Компоновка водозабірного вузла

П_у- укрупнений показник вартості основних фондів на один метр кубічний води, що подається системою за добу, він складає біля 10000 грн.

Підставивши значення величин отримаємо:

К=242 ∙ 10000=2420000 грн.

Значення амортизаційних відрахувань і інших експлуатаційних затрат визначаються за нормами наведеними у таблиці 6.

Враховуючи необхідність об'єму води, що подається системою за рік для розрахунків експлуатаційних затрат знайдемо його за формулою:

W_річ=365 ∙ Q _ДОБ.СР, (21)

W_річ=365 242=88330 м³ .

Результати розрахунків заносяться до таблиці 6.

Таблиця 6 — Річні експлуатаційні затрати

Собівартість одного м³ води, А, складає

грн/м³.

ДОДАТКИ

Додаток А

(обов’язковий)

Номери господарств для проектування системи водопостачання

Додаток Б

(обов’язковий)

Карти – схеми місця розташування господарства

Продовження додатку Б

Продовження додатку Б

Продовження додатку Б

Продовження додатку Б

Продовження додатку Б

Додаток В

(обов’язковий)

Відомості про споживання води

Продовження додатку В

Продовження додатку В

Додаток Д

(обов’язковий)

Додаток Е

(дорадчий)

Діаметри чавунних труб, мм (ДСТ 9583-75)

Додаток Ж

(дорадчий)

Питомий опір, А, для чавунних труб при V = 1 м/с.

Додаток З

(дорадчий)

Поправочний коефіцієнт до значень швидкості, β

Додаток К

(дорадчий)

Вільні напори води для сільськогосподарських водо споживачів

Додаток Л

(дорадчий)

Уніфіковані сталеві башти Рожновського

Додаток М

(дорадчий)

Стисла технічна характеристика занурю вальних насосів

Література

1. Дідур В.А. Гідравліка та її використання в агропромисловому комплексі / В.А. Дідур, О.Д. Савченко, Д.П. Журавель , С. І. Мовчан // К.: Аграрна освіта, 2008. -577с.

2. Дідур В.А. Гідравліка, сільськогосподарське водопостачання та гідропневмопривод / В.А. Дідур, О.Д. Савченко, С.І. Пастушенко, С.І. Мовчан // Запоріжжя: Премєр, 2005.- 464 с.

3. Рогалевич Ю.П. Гідравліка / Ю.П. Рогалевич // К.: Вища шк, 1993. - 255 с.

4. Исаев А.П. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов / А.П. Исаев , Б.И. Сергеев, В.А. Дидур// М.: Агропромиздат, 1990. - 400с.

5. Костюченко Э.В. Практикум по гидравлике и гидромеханизации сельскохозяйственных процессов. /Э.В. Костюченко, В.И.Лаптев, Л.А. Холодок // Минск, Ураджай, 1991. - 272 с.

6. Палишкин H.A. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение / Н.А Палишкин //М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

7. Дидур В.А. Гидроаэромеханика и ее использование в энергетике АПК / В.А. Дидур, Л.И. Грачева, Н.Н. Радул, А.Н. Орел. // Москва: МГАУ, 2008. – 395с.

8. Штеренлихт Д.В. Гидравлические расчеты / Д.В. Штеренлихт, В.М.Алышев , Л.В.Яковлева //М.: Колос, 1992. - 287 с.