ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В СЕКЦИОННЫХ УЗЛАХ
Выбор диаметров водоразборных стояков
При определении диаметров водоразборных стояков, закольцованных в секционный узел, необходимо учитывать, что по теории вероятности число приборов, включавшихся в узле в период максимального водоразбора, меньше числа приборов, включившихся на одном водоразборном стояке в этот период, умноженном на число стояков в узле. Следовательно, в момент появления расчетного расхода на одном из водоразборных стояков остальные стояки будут загружены меньшим расходом, и снабжение водой наиболее загруженного стояка будет происходить с двух сторон — снизу и через кольцующую перемычку. Величина расхода через кольцующую перемычку зависит от ряда детерминированных (таких, как конструкция секционного узла, число закольцованных стояков) и случайных (уровень расхода в узле, место расположения в каждый момент времени точек отбора воды) факторов.
Для выяснения влияния случайного характера точек приложения водоразбора был выполнен расчет потокораспределения в секционном узле 12-этажного дома, состоящем из четырех закольцованных водоразборных стояков (рис. 5.2). Места включения водоразборных приборов и расход воды через прибор являлись случайными величинами. Расход воды через прибор варьировался между номинальными нагрузками трех типов приборов (мойка, умывальник и ванна) с одинаковой вероятностью. Включение водоразборных приборов происходило до тех пор, пока сумма расходов всех приборов не становилась равной общему расходу на узле. Потокораспределение рассчитывалось для различных уровней расхода в узле. Для исключения влияния циркуляционного расхода предполагалось, что циркуляционный стояк отключен. Обработка результатов расчета позволила выявить следующие закономерности работы секционных узлов.
Из графика Р (рис. 5.3) видно, что расчетный расход воды в любом водоразборном стояке узла появляется с различной вероятностью при разных расходах на водоразбор в узле. Например, при расходе в узле, составляющем половину расчетного расхода узла, вероятность появления расчетного расхода в каком- либо стояке узла составляет Р ь =0,25. При расходах в расчетного расхода в каком-либо стояке секционного узла при различных уровнях водоразбора в узле приводит к формированию различных по величине потоков воды в этом стояке. Чем меньше уровень водоразбора в узле, тем больше воды поступает в стояк из кольцующей перемычки. На этот процесс оказывает также влияние и приложение расчетного водоразбора в стояке — чем выше располагаются точки отбора воды из стояка, тем меньший по величине расход воды поступает в стояк снизу.
Для более полного описания влияния указанных факторов удобнее всего использовать зависимость математического ожидания расхода от величины расхода воды в узле. Вероятность появления величины (1—х) при расчетном расходе в стояке является условной вероятностью по отношению к расходу в целом в узле. График функции регрессии величины (1—х) от величины расхода в узле представлен на рис. 5.4, из которого видно, что при расходе в секционном узле, равном по величине расходу воды в стояке, поступление воды в этот стояк происходит равными долями снизу и сверху. Это состояние соответствует наличию в узле холостого стояка, незагруженного водоразбором.
С появлением и ростом водоразбора в других стояках узла, т. е. с ростом, это равновесие нарушается и доля расхода, поступающая в расчетный стояк снизу (1—х), увеличивается. Следует заметить, что эта предельная величина =0,7 появляется с различной вероятностью при всех уровнях водоразбора в секционном узле. Как известно, обеспеченность расчетных расходов принята =99,7 %. Целесообразно и расход принять с такой же обеспеченностью. Анализ данных расчета показывает, что при такой обеспеченности величина =0,7.
Отсюда можно сделать весьма важные практические выводы:
выбор диаметров водоразборных стояков в секционных узлах без холостых стояков следует производить по расходу в этих стояках;
при наличии в секционных узлах холостых стояков малого сопротивления выбор диаметров водоразборных стояков следует производить по расходу в них.
Рассмотрим далее влияние числа закольцованных стояков на величину (1—х) при расчетном водоразборе в стояке и узле. График изменения математического ожидания величины (1—х) от числа закольцованных в узел водоразборных стояков 12-этажного дома представлен на рис. 5.5. Расчет производился по упрощенной методике. Четыре закольцованных в узел стояка заменялись двумя стояками (рис. 5.6), закольцованными между собой с сопротивлениями, равными сопротивлению одного стояка и приведенному сопротивлению остальных (п—1) стояков S; расходами, равными расчетному расходу на стояк, и разницей между расчетными расходами в узле и стояке
Рассредоточенные водоразборы заменялись сосредоточенными. Из графика на рис. 5.5 видно, что увеличение числа закольцованных стояков с 4 до 12 практически очень мало разгружает стояк с расчетным водоразбором, поэтому рекомендуется не кольцевать более шести стоя- ков в один узел, если это не диктуется особыми планировочными условиями, так как дальнейшее увеличение числа закольцованных стояков не оказывает влияния на диаметры водоразборных стояков.
Расчет потерь напора в узле в режиме водоразбора
Определение потерь напора в водоразборном узле тесно связано с расчетом потокораспределения. На потери напора оказывают влияние те же факторы, что и на потокораспределение, а именно, места включения водоразборных приборов, уровень расхода, число закольцованных стояков и т. д. Получение натурных данных в секционном узле весьма сложно и трудоемко, так как замеры сопряжены с необходимостью прокладки специального импульсного трубопровода в существующем здании. Эта работа была проведена только в одном 9-этажном жилом доме с 4 водоразборными стояками в секционном узле. Более широкий эксперимент производился на математической модели секционного узла с помощью ЭВМ. Поскольку результаты натурных замеров хорошо совпали с расчетами на ЭВМ, можно считать, что математическое моделирование для других зданий и типов секционных узлов также дает практически правильный результат.
Математический эксперимент производился по специальной программе на ЭВМ ЕС-1022. Программа моделирует процесс водоразбора во внутренних кольцевых сетях водоснабжения, вычисляет потери напора, накапливает и обрабатывает статистические данные. В эксперименте были смоделированы водоразборы в 5-, 9- и 12- этажных секционных узлах.
На рис. 5.7 представлены интегральные графики потерь напора в секционном узле 9-этажного жилого дома для каждого уровня расхода в узле в период максимального водоразбора.
Потери напора определялись от подающего трубопровода узла до верхней кольцующей перемычки. Из анализа полученных зависимостей видно, что одинаковые по величине потери напора появляются с различной обеспеченностью при разных уровнях водоразбора и вероятность потери напора в узле в каждый момент времени является условной по отношению к уровню расхода.
Характерно также изменение величины и диапазона потерь напора в узле с изменением величины расхода. Чем больше расход воды, тем шире диапазон изменения потерь давления и тем больше величина минимальных потерь давления в узле.
На рис. 5.8, а показан интегральный график вероятности появления расчетного расхода в узле в период максимального водоразбора, а на рис. 5.8, б — график условных вероятностей появления потерь напора и обеспеченности этих величин в зависимости от уровня расхода в узле.
При выборе величины расчетных потерь напора в узле, очевидно, целесообразно принять обеспеченность 0,997, т. е. не меньшую, чем у расчетного расхода. Величина потерь напора в исследуемой модели при этой обеспеченности составила 60 кПа. Из рис. 5.8а видно, что при расчетном водоразборе эта величина обладает обеспеченностью (1—Р)=0,5, т. е. является фактически математическим ожиданием значения потерь напора при расчетном водоразборе. Аналогичные результаты были получены и на других секционных узлах. Отсюда можно сделать вывод, что расчетные потери напора в узле в период максимального водоразбора можно определять, как математическое ожидание потерь напора (т. е. как средние потери) в узле при расчетном водоразборе. Определение средних потерь напора в узле также представляет собой сложную задачу из-за случайного характера действующих отборов. Это приводит к необходимости создания упрощенной расчетной схемы секционного узла.
С этой целью секционный узел заменяется стояком с одной точкой отбора воды. При этом средние потери напора в узле при расходе (flz можно определить аналогично определению средних потерь напора в стояке
Величина 5г может быть определена по правилам определения сопротивления последовательно-параллельных соединений трубопроводов. В разделе «Проектирование секционных узлов» главы 8 приведен упрощенный метод определения средних потерь напора без определения приведенной характеристики сопротивления секционного узла
В режиме водоразбора и циркуляции для определения средних потерь напора в узле следует использовать формулы для определения потерь давления в стояке
