河南城建学院管道工程课程设计.docx
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河南城建学院管道工程课程设计
2设计用水量的计算
2.1给水管网布置及水厂选址
该城市有一条自北向南自东向西流的水量充沛,水质良好的河流,可以作为生活饮用水水源。
该城市的地势相对比较平坦没有太大的起伏变化。
城市的街区分布比较均匀,城市中各工业企业对水质无特殊要求。
因而采用统一的给水系统。
城市给水管网的布置取决于城市的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用户的分布等。
考虑要点有以下:
1定线时干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。
干管的间距一般采用500m-800m。
2循水流方向,以最短的距离布置一条或数条干管,干管位置从用水量较大的街区通过。
3干管尽量靠近大用户,减少分配管的长度。
4干管按照规划道路定线,尽量避免在高级路面或重要道路下通过,尽量少穿越铁路。
减小今后检修时的困难。
5干管与干管之间的连接管使管网成环状网。
连接管的间距考虑在800-1000m左右。
6力求以最短距离铺设管线,降低管网的造价和供水能量费用。
输水管线走向应符合城市和工业企业规划要求,沿现有道路铺设,有利于施工和维护。
城市的输水管和配水管采用钢管(管径≥1000mm时)和铸铁管。
对水厂厂址的选择,应根据下列要求,并且通过技术经济比较来确定:
(1)给水系统布局合理;
(2)不受洪水威胁;
(3)有较好的废水排除条件;
(4)有良好的工程地质条件;
(5)有良好的卫生环境,并便于设立防护地带;
(6)少拆迁,不占或少占良田;
(7)施工、运行和维护方便。
2.2最高日设计用水量的计算
该城市面积为673公顷,一区二区分别为267公顷,406公顷,人口密度为一区320人/公顷,二区为250人/公顷,一区人口为320×267=85440人,二区人口为406×250=101500人。
总人口为186940人。
城市最高日设计用水量应包括一下几项
2.2.1综合生活用水量的计算
综合生活用水量包括城市居民生活用水量和公共建筑用水量,可用下式直接计算
Q1=qNf=(200×186940)/1000=37388
Q1―—城市最高日综合生活用水,
q――城市最高日综合用水量定额,L/(cap.d);
N――城市设计年限内计划用水人口数;
f――城市自来水普及率,采用f=100
2.2.2工业企业职工的生活用水和淋浴用水量Q2
由查(给排水手册第三册)知,热车间设计用水量取35L/cap•d,一般车间设计用水量取25L/cap•d。
A厂生活用水:
3000×30%×35+3000×70%×25=84000L/d
淋浴用水:
3000×30%×80%×60+3000×3000×70%×20%×40=17520L/d
B厂生活用水:
5000×60%×35+5000×40%×25=155000L/d
淋浴用水:
5000×60%×90%×60+5000×40%×60%×40=210000L/d
总用水量Q2=84000+17520+155000+210000)=466.520m3/d
2.2.3工业生产用水量:
Q314000+1000=15000吨/天
2.2.4市政用水量计算:
道路面积一般按总街区面积的20%,此处10%。
浇洒道路用水量一般为每平方米路面1.0-2.0L,此处取1.5,每日2次。
绿化面积一般取街区面积的15%,绿化用水量可采用1.5-4.0L(m2/d),此处取2.0L.每日1次。
道路用水量:
(10%×6728940×1.0×2×60%)/1000=807.47m3/d
绿化用水量:
(15%×6728940×1.5×1×60%)/1000=908.40m3/d
Q4=2422+4844=1715.87m3/d
2.2.5未预见水量及管网漏失水量:
未预见水量及管网流失水量,一般按上述各项用水量之和的15%-25%计算,此处取20%。
2.2.2设计年限内城镇最高日设计用水量:
Qd=1.2×(37388+466.520+15000+1715.87)=64839.02m3/d
2.3最高时用水量的计算
表2-1各时段用水量计算
时变化系数
综合生活用量(m3)
工业生产用量
工厂淋浴用水量
工厂生活用量
政用水量m3
未预见、漏损
总用
总用
时间
道路
绿化
水量
水量m3)%
0-1
2.53
945.92
625
-
9.96
-
-
453.9
2034.78
3.1
1-2
2.45
916
625
-
9.96
-
-
453.9
2004.86
3.1
2-3
2.5
934.7
625
75.84
9.96
-
-
453.9
2099.4
3.2
3-4
2.53
945.92
625
-
9.96
-
-
453.9
2034.78
3.1
4-5
2.57
960.87
625
-
9.96
-
908.4
453.9
2958.13
4.6
5-6
3.09
1155.29
625
-
9.96
403.73
-
453.9
2647.88
4.1
6-7
5.31
1985.3
625
-
9.96
-
-
453.9
3074.16
4.7
7-8
4.92
1839.49
625
-
9.96
-
-
453.9
2928.35
4.5
8-9
5.17
1932.96
625
-
9.96
453.9
3021.82
4.7
9-10
5.1
1906.79
625
-
9.96
-
-
453.9
2995.65
4.6
10-11
5.21
1947.91
625
-
9.96
-
-
453.9
3036.77
4.7
11-12
5.21
1947.91
625
75.84
9.96
-
-
453.9
3112.61
4.8
12-13
5.09
1903.05
625
-
9.96
-
-
453.9
2991.91
4.6
13-14
4.81
1798.36
625
-
9.96
-
-
453.9
2887.22
4.5
14-15
4.99
1865.66
625
-
9.96
-
-
453.9
2954.52
4.6
15-16
4.7
1757.23
625
-
9.96
-
-
453.9
2221.09
3.4
16-17
4.62
1727.33
625
-
9.96
-
-
453.9
2816.19
4.3
121gh
4.97
1858.18
625
-
9.96
-
-
453.9
2947.04
4.6
18-19
5.18
1936.7
625
-
9.96
-
-
453.9
3025.56
4.7
19-20
4.89
1828.3
625
-
9.96
-
-
453.9
2993
4.6
20-21
4.39
1641.33
625
75.84
9.96
-
-
453.9
2730.19
4.2
21-22
4.17
1559.08
625
-
9.96
-
-
453.9
2647.94
4.1
22-23
3.12
1166.5
625
-
9.96
403.73
-
453.9
2659.09
4.1
23-24
2.48
927.22
625
-
9.96
-
-
453.9
2016.08
3.1
合计
100
37388
15000
227.52
239
807.46
908.4
10893.6
64839.02
100
从上表可知:
15-16点为用水最高时,所以时变化系数为Kh=4.8/100×24=1.2
所以最高时总用水量为:
(1.152×64839.02)/86.4=1072.6L/S
2.4清水池调节容积
清水池调节容积,二级泵站供水情况如下表
表2-2清水池调节容量计算
二级泵站供水量(%)
一级泵站供水量(%)
清水池调节容积无塔时(%)
时刻
用水量(%)
0-1
3.1
3.11
4.17
-1.07
1-2
3.1
3.11
4.17
-1.07
2-3
3.2
3.11
4.16
-0.96
3-4
3.1
3.11
4.17
-1.07
4-5
4.6
3.11
4.17
0.43
5-6
4.1
4.8
4.16
-0.06
6-7
4.7
4.8
4.17
0.53
7-8
4.5
4.8
4.17
0.33
8-9
4.7
4.8
4.16
0.54
9-10
4.6
4.8
4.17
0.43
10-11
4.7
4.8
4.17
0.53
11-12
4.8
4.8
4.16
0.64
12-13日
4.6
4.8
4.17
0.43
13-14
4.5
4.8
4.17
0.33
14-15
4.6
4.8
4.16
0.44
15-16
3.4
4.8
4.17
-0.77
16-17
4.3
4.8
4.17
0.13
17-18
4.6
4.8
4.16
0.44
18-19
4.7
4.8
4.17
0.53
19-20
4.6
4.8
4.17
0.43
20-21
4.2
3.11
4.16
0.04
21-22
4.1
3.11
4.17
-0.07
22-23
4.1
3.11
4.17
-0.07
23-24
3.1
3.11
4.16
-1.06
累计
100
100
100
6.2
从上表可以清水池无塔时的调节容积为
清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水,则清水池有效容积W为
W=W1+W2+W3+W4
W-清水池总容积(m
);
W1-清水池调节容积(m
);
W2-消防储水量(m
),按2小时火灾延续时间计算;
W3-水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水,取最高日用水量的5%-10%计算;
W4-安全储水量
清水池调节容积W1=Qd×6.2%=64839.02×6.2%=4020m
该城市人口为18.6940万人,确定同一时间内的火灾次数为2次,一次用水量为40L/s,火灾持续时间为2.0h故
W2=2×2×40×3600×10-3=576m³
水厂自用水按最高日用水量的5%-10%计算:
W3=Qd×10%=6483.9m
安全贮量W4按W1+W2+W3的1/6计算;
所以清水池的有效容积等于W=W1+W2+W3+W4=1883.6m
清水池的设计
取有效水深5m,分成4格,每格设为正方形,则池宽为
=94.18m,取45米,则清水池边长为45×2=90m
清水池采用半地下式,最低水位高程为调节容积、水厂自用水及安全用水储量与消防用水储量交界线,则清水池的最低水位高程91.2-4.5=86.7m
为保证消防用水不被动用,同时又能保证清水池水质不腐化,拟在位于消防储水水位与生活调节水位交界处的生活水泵吸水管开一个额10mm小孔,水位降低至小孔,则进气停生活供水泵。
3管网水力计算
集中用水量主要为工厂的生产用水量和职工生活用水量,当工人淋浴时间与最大时供水重合时淋浴用水也应该计入集中用水量,否则不计入集中用水量。
3.1管段设计流量计算
从整个城镇管网分布情况来看,干管分布比较均匀,故按长度比流量法计算。
3.1.1最大时集中流量为:
(1)A、B两厂的集中处流分别设在1、11节点。
∑q=173.6+173.6=347.2(L/s)
3.1.2比流量计算:
Qs=(Qh-∑q)/∑L
=(864.52-173.6)/10758
=0.064(L/(s.m))
Qh——为最高日最大时用水量L/s
∑q——为大用户集中流量L/s
∑L——管网总的有效长度m
3.1.3沿线流量计算:
沿线流量的计算按下公式
qi-j=qsLi-j
Li-j—有效长度m;
qs—比流量L/s.m;
表3-1沿线流量按管段计算见表
管段
长度L/m
管段计算长度Li-j/m
沿线比流量qs
沿线流量qi-j/(L/s)
1-2
543
543
34.8
2-3
605
302.5
19.36
3-4
126
63
4.03
1-18
602
602
38.53
18-9
260
130
8.32
9-17
352
176
11.3
17-10
360
360
23.04
11-16
659
659
42.2
10-11
251
251
16.1
9-8
727
727
46.53
11-12
693
693
44.35
16-15
573
573
36.7
3-8
210
210
13.44
8-12
618
618
39.6
12-15
867
867
55.5
15-14
507
507
31.45
12-13
632
632
40.45
8-7
632
632
40.45
4-5
339
169.5
10.85
5-6
420
420
26.88
6-7
683
683
43.7
7-13
520
520
33.28
13-14
840
420
26.88
合计
10758
688.7
管段中任一点的节点流量等于该点相连各管段的沿线流量总和的一半,
qi=α∑q1
α:
折算系数取α=0.5
∑q:
相连的个管段沿线流量和
表3-2节点流量计算表
节点
连接管段
节点流量
集中流量
节点总流量
1
1-21-18
246.9
173.6
246.9
2
2-11-3
27.08
27.08
3
2-33-43-8
18.42
18.42
4
3-44-5
7.44
7.44
5
5-45-6
18.87
18.87
6
5-66-7
35.3
35.3
7
6-77-137-8
58.72
58.72
8
7-83-88-98-12
70
70
9
18-99-178-9
33.08
33.08
10
17-1010-11
193.17
173.6
193.17
11
10-1111-1611-12
51.33
51.33
12
11-1212-1512-13
89.95
89.95
13
12-1313-147-13
50.31
50.31
14
13-1414-15
29.67
29.67
15
14-1515-1612-15
62.31
62.31
16
11-1616-15
39.45
39.45
17
17-109-17
17.17
17.17
18
9-181-18
23.43
23.43
3.2环状管道流量分配计算
根据节点流量进行管段的流量分配
分配步骤:
1).按照管道的主要供水方向,拟定各管段的水流方向,并选定整个管道的控制点。
2).为了可靠供水,从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线,这些平行干管中尽可能均匀地分配流量,并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。
3.)与干管线垂直的连接管,其作用主要是沟通平行干管之间的流量,有时起一些输水作用,有时只是就近供水到用户,平时流量一般不大,只有在干管损坏时才转输较大的流量,因此连接管中可以分配较少的流量。
4.)为保证安全用水,二级泵站至给水区的输水管,采用两根。
5.)根据管道布置和用水情况,假定各管段的流向,按环状管道流量分配原则和方法进行流量预分配。
3.2.1确定管径
设计中按界限流量来确定管径进行平差,确定实际管径。
表3-3界限流量表
管径(mm)
界限流量(L/S)
管径(mm)
界限流量(L/S)
100
<9
450
130~168
150
9~15
500
168~237
200
15~28.5
600
237~355
250
28.5~45
700
355~490
300
45~68
800
490~685
350
68~96
900
685~822
400
96~130
1000
822~1120
选择管径是依据平均流速与管径而确定。
平均流速与管径关系见表3-4;
平均经济流速与管径的确定表3-4
管径/mm
平均经济流速/(m/s)
D=100~400
D≥400
0.6~0.9
0.9~1.4
3.2二级泵站
二级泵站的计算:
二级泵站最低供水水压标高为130.05m,清水池底距水泵站地面4米下,加安全水压为0.5m,二泵站地面标高为91.2m,最低水位为91.2-4.5=86.7m,控制点的服务水头为28m,泵站内吸、压水管路的水头损失取3m,则最高用水时所需二级泵站总扬程为:
Hp=130.05-86.7+3=46.35m
3.3环状网平差:
.
3.3.1最高时平差结果
以最高日最高时用水量确定的管径为基础,将最高时用水量分配、管段流量进行管网平差,详细采用哈工大平差软件。
平差结果如表2-4所示
表3-5平差结果
======================================================================
迭代次数=4
======================================================================
环号=1
闭合差=-.084
----------------------------------------------------------------------
管段号管长管径流速流量1000I水头损失sq
(米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)
----------------------------------------------------------------------
15735001.03203.062.881.65.0081
2867300.5740.171.861.61.0401
36934501.09-174.023.67-2.54.0146
465910001.06-830.091.22-.80.0010
sqtotal=.052dq=-.81
======================================================================
环号=2
闭合差=-.241
----------------------------------------------------------------------
管段号管长管径流速流量1000I水头损失sq
(米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)
----------------------------------------------------------------------
16934501.09174.023.672.54.0146
2618400.7391.932.031.25.0136
3727300.78-54.903.29-2.39.0436
43527001.02-394.401.83-.64.0016
53607001.07-411.571.98-.71.0017
6251900.95-604.741.15-.29.0005
sqtotal=.078dq=-1.55
======================================================================
环号=3
闭合差=-.196
----------------------------------------------------------------------
管段号管长管径流速流量1000I水头损失sq
(米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)
----------------------------------------------------------------------
1727300.7854.903.292.39.0436
2210300.8056.613.48.73.0129
3605200.29-9.01.92-.56.0619
4543300.51-36.091.53-.83.0230
56026001.00-282.992.14-1.29.0046
62606001.08-306.422.48-.64.0021
sqtotal=.078dq=-1.26
======================================================================
环号=4
闭合差=-.288
----------------------------------------------------------------------
管段号管长管径流速流量1000I水头损失sq
(米)(毫米)(米/秒)(升/秒)(米)
----------------------------------------------------------------------
1507400.80100.592.4
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