Определение среднекубического расхода воды в трубопроводе и его экономичного диаметра

Для определения экономичного диаметра напорного трубопро­вода по минимуму приведенных затрат в соответствии с формулой (9.1) необходимо знать количество энергии, затрачиваемой на подъем воды. Поскольку во всех рассматриваемых при этом вариан­тах трубопроводов значение геодезической высоты подъема Нтбу­дет одним и тем же, то сравнить можно только энергию Э7, затрачи­ваемую на потери напора в трубопроводе.В общем виде

где Т— продолжительность работы трубопровода в году, ч; р — плотность воды, кг/м3; g— ускорение свободного падения, м2/с; б —расход воды в трубопроводе,

м3/с; h, — потери напора в трубопроводе, м, hT=SQ2; S— гидравлическое сопро­тивление трубопровода, с2/м5; так как обычно расчеты проводят на 1 м длины трубо­провода, можно принять Травным удельному сопротивлению А для данного трубо­провода; Чн у — КПД насосной установки.

Обычно графики водоподачи имеют ступенчатый вид,> поэтому формула для определения q^ может быть записана в следующем виде:

Следует отметить, что, в большинстве случаев график водоподачи не совсем точно соответствует графику водопотребления. В отдель­ные периоды подача воды насосами несколько больше или не­сколько меньше водопотребления, однако общий объем воды, по­даваемой за весь период, равен объему водопотребления в соответ­ствии с графиком.

Рис. 9.1. Схемы соединения насосов с напорными трубопроводами
Значение qwзависит от графика водоподачи, числа ниток напор­ного трубопровода, насосов и схемы их соединения (рис. 9.1). По­этому в формулах при расчете целесообразно заменить расход воды в трубопроводе на подачу воды одним насосом QH.
При подаче воды насосами в индивидуальные трубопроводы (см. рис. 9.1, а, в), число ниток которых п при ступенчатом графике во­доподачи, а число периодов к, формула (9.5) примет вид

При неполном включении в работу насосов на напорные трубо­проводы, которое характерно для мелиоративных насосных стан­ций при четном числе насосов (см. рис. 9.1, г),

При полном включении в работу насосов на трубопроводы (см. рис. 9.1, б,д, ё)

Следует отметить, что при выводе формул было принято что все трубопроводы одного и того же диаметра и длины, характеристики насосов идентичны, а ординаты графиков водоподачи отличаются на значения, кратные QH.
Для каждого конкретного случая приведенные выше формулы могут быть упрощены, поэтому ниже будут рассмотрены отдельные частные случаи для различных графиков водоподачи и для различ­ных схем соединения насосов:
для трехступенчатого графика водоподачи (см. рис. 4.1) и при че­тырех насосах, работающих на индивидуальные трубопроводы (см рис. 9.1,в),

для того же графика водоподачи и для схемы неполного переключе­ния четырех насосов на два напорных трубопровода (см. рис. 9.1 г) при которых в случае работы трех насосов вода подается в один тру­бопровод двумя насосами, а в другой — одним

для четырехступенчатого графика водоподачи при четырех пе­риодах tut2, t3, t4с подачей воды соответственно QH, 3QH, 4QH,2QHи схемами соединения насосов, обеспечивающих полное переключе­ние их на два напорных трубопровода (см. рис. 9.1 д ё)

При расчете по формуле (9.1) принято, что общая подача воды насосами для каждого периода равномерно распределена по напор­ным трубопроводам, то есть для *, - О,50Н, для t2- l,5Qwдля t3-
2 Ун И ДЛЯ Ц — QH.
Экономичный диаметр напорного трубопровода определяют по формуле (9.1) из расчета на 1 м погонной длины трубопровода Ка­питальные затраты на сооружение 1 м напорного трубопровода К зависят от его диаметра и материала стенок. Сведения по этим зат­ратам обычно имеются в проектных организациях или их рассчиты­вают по специальным методикам [13].
Эксплуатационные затраты Я состоят:
из стоимости электроэнергии, затраченной на преодоление гид-

равлического сопротивления 1 м погонной длины трубопровода, которую можно рассчитать по формуле (9.4);
отчислений на амортизацию и текущий ремонт, определяемых с помощью нормативных коэффициентов, которые приводят в соот­ветствующих справочниках.
Задают несколько диаметров Dyнапорных трубопроводов и оп­ределяют для каждого варианта приведенные затраты по формуле (9.1) до получения минимума этих затрат.
Для сокращения числа вариантов можно предварительный эко­номичный диаметр напорного трубопровода, м, вычислить по эм­пирической зависимости

Расчеты удобно вести в табличной форме. Пример расчета эко­номичного диаметра напорного трубопровода для насосной стан­ции с исходными данными на с. 6 представлен в таблице 9.1. Для расчета использовали формулы (9.1), (9.4), (9.10), (9.12), в которых капитальные затраты на сооружение 1 м погонной длины сборного
9.1. Расчет экономического диаметра напорного трубопровода

железобетонного трубопровода приняты по данным проектных организаций, коэффициент ежегодных отчислений на амортиза­цию и ремонт (ц = 0,0154), стоимость 1 кВт-ч электроэнергии (а = 0,02 р/кВт • ч) и коэффициент эффективности капитальных затрат (Е= 0,125) — по нормативным документам (стоимость —в ценах 1985 г.). По минимуму приведенных затрат 3 экономичный диаметр напорного трубопровода D3K= 1,4м.