给水管网系统课程设计.docx
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给水管网系统课程设计
给水管网系统课程设计
说
明
书
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
完成时间:
2011-3-12
目录
一、课程设计基本资料
二、给水管网用水量计算
1.管网设计流量
2.水压
3.清水池位置和容积确定
三、管网计算
1.线路选择
2.输配水管渠布置的一般要求
3.输水管的布置
4.配水管网布置
5.配水管与构筑物或管道的间距
6.阀门、消火栓、给水栓的布置原则
四、管网设计流量计算
五、水泵的选择
六、管网校核
1.最高时用水校核
2.消防用水校核
3.事故用水校核
一、课程设计的基本资料
1.城市总平面规划图一张,比例1:
10000。
2.该城位于湖北北部地区,城市自然资料如下:
土层:
属非自重湿陷性黄土地区;
地震烈度:
5级;
地下水深:
地面以下5m见地下水;
最高气温:
39℃;
最低气温:
-8℃;
冰冻深度:
0.5m。
3.用水资料
1)大用户
序号
用户名称(人数)
生产用水量(班次)
(m3/班)
时变化系数
(Kh)
要求水压
(MPa)
1
2
3
4
5
食品加工厂(300)
针织印染厂(1500)
制药厂(1000)
氨肥厂(1200)
火车站(50)
2000
(1)
1200(3)
400
(2)
300(3)
200
1.1
1.1
1.2
1.2
3.4
0.28
0.28
0.28
0.28
0.28
2)居民用水量:
规划人口河北区为3万人,河南区为1.2万人,用水普及率为90%,室内均有给排水卫生设备,但无淋浴,建筑物为6层。
3)印染厂、制药厂和氨肥厂每班有1/2员工需淋浴。
4)公用事业用水量按居民用水量的30%计,Kh=1.8。
5)绿化面积为30万m2,浇洒道路面积为20万m2。
6)未预见水量及管网漏失水量可按最高日用水量的15~25%计。
4.水厂清水池最低水位标高109m,两座公路桥旁均可吊装管道,铁路桥不让吊管。
二、给水管网用水量计算
1.最高日最高时城市综合用水量
城市综合用水量包括居民生活用水量、公共设施用水量、工业企业生产用水量和工作人员生活用水量、消防用水量、浇洒道路和绿地用水量、未预见水量和管网漏失量。
1)居民生活用水量(用水普及率为90﹪)
该城市总人口为4.2万人,属于小城市,取居民生活用水定额为180L/(人·d),用水普及率90﹪。
Q1d=
q1N1i/24=(3+1.2)×104×0.9×180/(1000×24)
=6804m3/d=283.5m3/h
取最高日生活用水时变化系数Kh1=1.4,则
Q1=Kh1Q1d=1.4×283.5=396.9m3/h
式中:
q1——最高日用水量标准(180L/人·d)
N1i——居住区人口数(cap)
2)大用户生产用水量
Q2=1.1×2000/8+1.1×1200/8+1.2×400/8+1.2×300/8+3.4×200/24
=573.33m3/h
3)大用户职工生活用水量和淋浴用水量
大用户职工生活用水和淋浴用水量计算表
企业
代号
生产
班制
每班职
工人数
每班淋
浴人数
职工生活与淋浴用水量(m3/d)
生活用水
淋浴用水
小计
1
1
300
0
7.5
0
7.5
2
3
500
250
37.5
30
67.5
3
2
500
250
25
20
45
4
3
400
200
30
24
54
5
1
50
0
1.25
0
1.25
合计
101.25
74
175.25
取大用户职工用水时变化系数Kh4=3,则
Q3=3×(7.5/8+37.5/24+25/16+30/24+1.25/24)+74
=90.09m3/h
4)浇洒道路和绿化用水Q4(喷洒道路:
q1=1.5L/(m2·次),n=3
次绿化:
q2=2L/(m2·次))
Q4=(q4aN4af6+q4bN4b)/24
=(3×1.5×200000/1000+2×300000/1000)/24
=62.5m3/h
5)公共事业用水Q5(公共事业供水取居民生活用水的30%)。
Q5=0.3×Q1d×Kh5=0.3×283.5×1.8=153.09m3/h
6)未预见用水量及管网漏水量按最高日的20﹪计。
Q6=20﹪×(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)
=20﹪×(396.9+573.33+90.09+62.5+153.09)
=255.182m3/h
7)该开发区规划人口为4.2万人,查附表3得:
消防用水量定额为25L/s,同时火灾次数为2次。
则消防用水量为:
Q7=q6f6=25×2=50L/s
8)最高时用水量
Qh=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=396.9+573.33+90.09+62.5+153.09+255.182
=1531.092m3/h
故Qs=1531.092/3.6=425.30L/s
2.水压
由于该开发区内的建筑物的层数都为6层,所以
自由水压=4×(n+1)=28mH2O
三、管网计算
1.线路选择与布置要求:
1)输配水管渠的线路应尽量做到线路短、起伏小,土石方工程量少,造价经济,少占农田和不占良田。
2)输配水管渠走向和位置应符合城市和工业企业的规划要求,并尽可能沿现有的道路或规划路铺设,以利于施工和维护。
3)输配水管渠应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区,并注意避开滑坡、塌方以及易发生泥石流和高侵蚀性土壤地区。
4)输水管线应尽量充分利用水位高差,当条件许可时,优先考虑重力流输水。
5)应尽量考虑近远期结合和分期实施的可能。
2.输配水管渠布置的一般要求:
1)重力输水管渠应设检查井和通气孔。
2)检查井间距:
当管径(渠宽)在700㎜以下,间距不大于200米;在700—1400㎜时,间距不大于400米。
3)对于重力管渠,需控制水位,压力水管,设消除水锤的措施。
4)压力输水管道隆起点设进气阀和排气阀,低凹处设置泄水管及泄水阀。
5)管道法兰接口应设于检查井或地沟内,特殊情况需埋土里时,需加保护措施。
3.输水管的布置
1)输水管根数,为了安全供用,采用2根。
2)连通管及阀门布置:
(1)两条以上输水管一般应设连通管,直径一般相同。
(2)设有连通管的输水管道上,应设必要阀门,以防事故及检修时切
(3)阀门间距视具体情况而定。
根据以上原则,一泵站之后输水管采用2根,线路尽量短,二泵站至管网的输水管亦采用2根。
4.配水管网布置
1)管网定线与布置:
(1)配水管网应根据用水要求合理分布于全供水区,尽可能缩短配水管线的总长度,一般布置成环状网。
(2)配水管网的布置应使干管尽可能以最短距离到达主要用水地区。
(3)干管的位置,应尽可能布置在两侧均有较大用户的道路上。
(4)配水干管之间应在适当间距处设连接管以形成环网。
(5)用以配水至用户和消火栓的配水支管,一般采用管径为150—200㎜,负担消防任务的配水支管不得小于150毫米。
(6)城市生活饮用水管网严禁与非生活饮用水管网连接,并严禁与各单位自备的生活饮用水直接连接。
根据所给的城市市区平面图和以确定的水源位置、工厂、公共建筑等大用户的位置分布考虑一下几点进行管网定线:
1>配水管网应根据用户要求合理分布于全供水区。
在满足用户对水量、水压的要求原则下,尽可能缩短配水管线总长度,一般布置成环网状。
2>干管的位置,尽可能布置在两侧均有较大用户的道路上,以减少配水支管的数量。
3>配水干管之间应在适当间距处设置连接管,以形成管网。
根据以上几点原则,结合开发区的地形特点,管网定线环网共6个,从节点1到二级泵站节点0处采用并行管进行输水。
5.配水管与构筑物或管道的间距
1)管道距构筑物的水平净距:
A、铁路:
离远期路堤坡脚为5米,路坡顶为10米。
B、建筑江线为5米。
C、煤气管:
低压为1.0米;中压为1.0米;次高压为1.5米;高压为2.0米。
D、热力管道为1.5米。
E、通讯照明杆柱为1.0米,高压电杆支座为3.0米。
2)给水管与污水管间距:
A、给水管应铺设在污水管上面,给水管与污水管交叉时,管外壁净距不得小于0.4米,且不准许有接口重叠。
B、给水管与污水管平行铺设时,管外壁净距应大于1.5米。
C、当污水管必须铺设在给水管上面时,给水管必须采用金属管材,并根据土壤的渗水性及地下水位情况,确定净距。
3)管道互相交叉时的净距:
给水管道相互交叉其净距不得小于0.15米。
6.阀门、消火栓、给水栓的布置原则
1)阀门
A、配水管网中的阀门布置,应能满足事故段的切断需要。
其位置可结合连接管及重要供水支管的节点设置,干管阀门间距500—1000米。
B、干管上的阀门可设在连接管的下游,支、干管相接处的支管上。
C、城市管网支干管及重要水管上的消火栓,均应在消火栓前设阀门,支干管上阀门布置不应隔断5个以上的消火栓。
2)消火栓
A、消火栓间距不应大于120米。
B、消火栓的接管直径不小于100毫米。
C、尽可能设在交叉口和醒目处。
消火栓规定应距建筑物不小于5米,距车行道边不大于2米,一般常设在人行道边。
3)集中给水栓
考虑取水方便,设排水管沟,寒冷地区设防冻栓。
四、管网设计流量计算
1.确定管网计算工况
此管网没设水塔或高位水池等调节构筑物,仅依靠二泵房的分级供水来达到利用水需要。
管网计算工况有最高用水时、最高用水加消防时以及事故时三种.
(1)管网按最高日最高时用水量QS及设计水压HS计算
生活用水管网的设计水压(最小自由水头)应根据建筑物层数决定,此管网分南北两区。
顾控制点分别是管网中的节点6(北区),节点14(南区),平均层数是6层,故设计水压是28米。
(2)根据具体情况分别用消防、最不利管段发生故障等校核。
A、消防:
采用低压消防系统,允许控制点降至10米。
消防时同时考虑2个地方同时发生火灾时。
B、事故:
考虑事故流量下,水压仍能满足设计水压的要求;流量为设计用水量的70%。
2.比流量计算
(1)集中流量
食品厂:
Q食=(300×0.025×3/8+2000×1.1/8)×1000/3600=77.17L/s
针织印染厂:
Q针=(1500×0.025×3/24+1500×0.04/2+1200×1.1/8)×1000/3600=55.47L/s
制药厂:
Q药=(1000×0.025×3/16+1000×0.04/2+400×1.2/8)×1000/3600
=23.52L/s
氨肥厂:
Q氮=(1200×0.025×3/24+1200×0.04/2+300×1.2/8)×1000/3600
=20.21L/s
火车站:
Q火=(50×0.025×3/24+200×3.4/24)×1000/3600=7.91L/s
∑q=Q食+Q针+Q药+Q氮+Q火
=77.17+55.47+23.52+20.21+7.91=184.28L/s
(2)所有管段沿线配水总长度
L=13740m
(3)比流量
qs=(Qs-∑q)/∑L=(425.30-184.28)/13740=0.0175L/(s﹒m)
3.管道沿线流量及节点设计流量计算
沿线流量为管段的比流量与各个管段的长度的乘积,管道沿线流量平均分配到两端的节点上。
最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算表
管道或者节点编号
管道配水长度(m)
比流量L/(s.m)
管道沿线流量(L/s)
节点设计流量计算(L/s)
集中
流量
沿线
流量
供水
流量
节点
流量
1
0.00
0.0175
0.00
0.00
425.30
-425.30
2
511
8.96
15.24
15.24
3
137
2.40
5.68
5.68
4
606
10.63
6.52
6.52
5
848
14.88
7.91
17.47
25.38
6
823
14.44
19.72
19.72
7
738
12.95
18.85
18.85
8
235.5
4.13
20.21
8.54
28.75
9
704
12.35
55.47
8.24
63.71
10
830
14.56
18.61
18.61
11
689
12.09
18.39
18.39
12
588
10.31
5.27
5.27
13
577
10.12
77.17
12.37
89.54
14
538
9.44
23.52
18.47
41.99
15
269
4.72
10.27
10.27
16
656
11.51
10.64
10.64
17
941
16.51
18.39
18.39
18
230.5
4.04
14.52
14.52
19
983
17.24
7.93
7.93
20
606
10.63
5.90
5.90
21
564
9.89
—
—
—
—
22
341
5.98
—
—
—
—
23
332
5.82
—
—
—
—
24
508
8.91
—
—
—
—
25
485
8.51
—
—
—
—
合计
13740
0.0175
241.02
184.28
241.02
425.30
0.00
4.管段设计流量初分配及管径计算
5.设计工况水力分析
为了满足水力前提条件,将大用户食品加工厂、针织印染厂、制药厂、氮肥厂和火车站流量分别并到节点(13)、(9)、(14)、(8)和(4)上。
同时北区假定节点(8)为控制点,南区假定节点(16)为控制点,其节点自由水压均应为28m。
水力分析按第五章论述的方法进行,采用哈代—克罗斯法平差,允许闭合差为0.5m。
使用海曾—威廉公式计算水头损失,CW=110,计算过程如下:
北区最高用水时平差数据表
南区最高用水时平差数据表
设计工况水力分析计算结果
管段或节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
管段流量(L/s)
220.85
14.42
8.74
2.22
49.96
35.98
22.63
6.14
69.83
管内流速(m/s)
1.13
0.46
0.49
0.28
1.02
0.73
0.72
0.78
0.99
管段压降(m)
—
0.89
0.77
0.97
4.99
2.63
2.97
4.92
3.17
自由水压(m)
—
41.23
40.33
39.56
38.59
33.60
30.97
28.00
26.92
管段或节点编号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
设计流量
93.94
118.07
5.5
5.74
73.12
182.22
68.95
12.82
2.55
管内流速
0.98
0.94
0.70
0.73
1.03
0.93
0.98
0.73
0.32
管段压降(m)
2.39
2.02
5.04
5.35
2.64
0.59
2.88
5.36
0.95
自由水压(m)
30.09
32.80
37.78
37.19
34.31
28.95
28.00
30.39
34.64
管段或节点编号
19
20
21
22
23
24
25
设计流量
8.09
14.34
1.26
11.06
16.96
14.14
23.73
管内流速
0.46
0.81
0.16
0.63
0.54
0.80
0.76
管段压降(m)
2.39
4.25
0.32
1.48
0.78
3.47
2.13
自由水压(m)
34.96
36.42
—
—
—
—
—
五、水泵的选择
水泵的选择有以下原则:
1)首先要满足最高时供水工况的流量扬程要求,并尽量水水泵处在高效工作区内。
2)尽可能选用同型号水泵。
3)一般应尽量减少水泵台数,通常取水泵房至少设置两台。
泵站扬程由两部分组成:
一部分用于提升水头,另外一部分用于克服管道水头损失,则:
对于北区泵站的扬程为:
hp北=41.21+10.67(q1/2)1.852l1/(Cw1.852D14.87)
=41.21+10.67×(0.22085/2)1.852×1122/(1101.8520.54.87)
=42.19m
对于南区泵站的扬程为:
hp南=28.69+10.67(q2/2)1.852l1/(Cw1.852D14.87)
=28.69+10.67×(0.20445/2)1.852×1122/(1101.8520.54.87)
=29.54m
综合以上计算取泵站的扬程为hp泵=42.19m
为了选泵,估计泵站内部水头损失。
一般水泵吸压水管道设计流速为1.2~2.0m/s,局部阻力系数可按5.0~8.0考虑,沿程水头损失较小,可以忽略不计,则泵站内部水头损失略为,
hpm1=8.0×2.02/(2×9.81)=1.63m
则水泵的扬程应为:
Hp=42.19+1.63(m),取44m
由以上选泵原则和计算数据:
查上海天泉泵业集团有限公司的SOW型泵型谱图,根据最高时流量和水泵扬程选取SOW150-450型单级双吸式离心泵四台,其中3台供水,1台作为备用泵。
其基本参数为:
转速n=1450r/分,流量变化范围41.7~161.7L/s。
水泵扬程变化范围为48.2~72.1m。
六、管网校核
1.消防校核
给水管网的设计流量未计入消防流量,进行消防校核时,为了安全起见,要按最不利的情况——即最高时用水量加上消防流量的工况进行校核,但节点服务水头只要求满足火灾处节点的服务水头,而不必满足正常用水的服务水头。
城市或居住区的室外消防用水量,应按同时发生的火灾次数和一次灭火的用水量确定。
由规划河北区人口为3万,查附表3得:
消防校核时,应考虑同一时间内的火灾次数为2次,一次灭火用水量为25L/s。
由于节点(8)和(9)附近有大用户且离供水泵站较远,故可将消防流量分别加在这两个节点上,对于未发生火灾的节点,其节点流量与最高时相同。
灭火处节点服务水头按低压消防考虑,即10m的自由水压。
北区消防用水时平差数据表
南区消防用水时平差数据表
消防工况校核水力分析结果
管段或节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
管段流量(L/s)
270.85
15.35
9.67
3.15
66.6
54.40
45.17
10.58
99.29
管内流速(m/s)
1.38
0.49
0.55
0.40
1.36
1.11
1.44
1.35
1.41
管段压降(m)
—
1.00
0.93
1.85
8.49
5.67
10.67
13.65
6.08
自由水压(m)
—
48.20
47.20
46.27
44.42
35.93
30.26
19.59
33.70
管段或节点编号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
设计流量
125.52
151.43
7.62
7.51
88.83
197.33
78.44
17.7
7.43
管内流速
1.31
1.21
0.97
0.96
1.26
1.01
1.11
1.00
0.95
管段压降(m)
5.22
3.20
9.22
8.81
3.78
0.69
3.65
9.75
6.90
自由水压(m)
39.78
45.00
48.20
44.51
40.86
31.11
24.21
34.94
41.31
管段或节点编号
19
20
21
22
23
24
25
设计流量
18.21
17.85
3.02
10.95
16.85
18.75
29.35
管内流速
1.03
1.01
0.38
0.62
0.54
1.06
0.93
管段压降(m)
10.73
6.37
1.6
1.45
0.77
5.85
3.16
自由水压(m)
42.91
44.36
—
—
—
—
—
由以上消防工况校核水力分析结果可知:
各节点自由水压都满足消防水压要求,各管段流速也满足设计要求,不需修改管径。
2.事故工况校核
假设事故时的供水量为最高时供水量得70﹪,故事故工况时各节点的流量为=0.7×最高时工况各节点流量。
事故校核采用水头校核法,先从管网中删除事故管段,调低节点流量,通过水力分析,得到个节点水头,将它们与节点服务水头比较,全面高于服务水头为满足要求。
由于南区大用户用水量较大,校核时可假定向南区供水的主干管发生事故,进行消防校核。
北区事故时平差数据表
南区事故时平差数据表
北区以节点(8)为控制点,取最不利管段2-11-10-9-8管路为计算管段,其压降为:
△h=1.04+1.58+1.63+2.46=6.71m,故节点(8)的自由水压为:
H=48.2-6.71=41.49m
南区以节点(16)为控制点,取最不利管段12-13-14-15-16管路为计算管段,其压降为:
△h=0.36+1.89+5.06+3.60=10.91m,故节点(8)的自由水压为:
H=48.2-10.91=37.29m
由计算知:
事故时南北区控制点的水压都符合设计要求,故事故工况时,其它节点的水压也符合要求,不需增加平行主干管条数或敷设双管。
忽略此处..
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