Klíčové body pro výpočet projektu instalace vnější kanalizační sítě

Hydraulický výpočet projektu kanalizace je podstatně složitější než ten, který se používá při návrhu vodovodního systému. To je vysvětleno následujícími důvody:

• Složitá struktura dopravovaného kapalného média. Jedním ze zásadních rozdílů mezi stokovou sítí a vodovodní sítí je polydisperzní stav čerpané kapaliny. Skládá se z částic různé tvrdosti a velikosti: suspenze a koloidy.
• Variabilní složení a hustota dopravovaného média. Dalším rysem kanalizace je, že koncentrace rozptýlených vměstků se v průběhu času mění. V některých bodech se může koncentrace pevných látek v odpadních vodách zvýšit a následně snížit.
• Převážně nerovnoměrný režim proudění odpadních vod. Většina kanalizačních systémů používá gravitaci k organizaci toku kapalných médií. Odpadní voda se pohybuje gravitací. Vodovodní systémy často pracují pod tlakem.

Tyto body určují vlastnosti hydraulických výpočtů stok různých typů. Ale i zde platí základní principy hydrauliky.

Vlastnosti nerovnoměrného toku

Termín nerovnoměrnost ve vztahu k proudění znamená, že tekuté médium se může pohybovat různými rychlostmi v různých částech potrubního systému. To může být způsobeno různými faktory:

• Místní odpor. Tento jev je způsoben přítomností ohybů v potrubním systému a rozdíly v průřezu trubek, které jej tvoří. V kanalizačním systému lze také instalovat inspekční studny a organizovat přítoky.
• Stavební vady. Odchylka od návrhových hodnot úhlů sklonu, úseků potrubí, přidání závitů do potrubí, které nejsou v návrhu uvedeny. To může vést ke snížení průtoku a v důsledku toho k odchylce skutečného stavu od stavu stanoveného hydraulickým výpočtem.
• Důsledky deformace systému během provozu. V některých případech dochází ke změně sklonu, ohybům potrubí v důsledku sesedání půdy, oslabení podpěr.

Poslední dva faktory jsou považovány za odstranitelné. Stavební vady, pokud je to technicky proveditelné a cenově výhodné, lze odstranit při větších opravách nebo ve fázi výstavby. Následky strukturálního opotřebení se odstraňují obtížněji. Zejména při opravách dlouhých potrubí a systémů, které nelze na dlouhou dobu vyřadit z provozu, protože neexistuje žádná záložní možnost pro vypouštění odpadních vod.

Nerovnoměrná rychlost proudění může být také způsobena nestálým charakterem proudění odpadních vod. Vysvětluje se nerovnoměrným prouděním kapalného kontaminovaného média do systému. Příkladem je bouřkový odtok, který funguje na maximální kapacitu pouze tehdy, když v krátkém časovém úseku spadne velké množství srážek.

Stojí za zmínku, že pro domácí a průmyslové kanalizační systémy je fenomén nestabilní povahy pohybu odpadních vod méně kritický. V nich je zátěž rozložena v čase poměrně rovnoměrně. A vlastnosti čerpaného média zůstávají víceméně konstantní.

Maximální negativní dopad má nestabilní charakter pohybu u systémů, které používají trubky malého průměru. S rostoucí kapacitou potrubí se význam tohoto faktoru snižuje, všechny ostatní věci jsou stejné.

Turbulence je dalším důležitým faktorem, který způsobuje nerovnoměrné průtoky. Jeho hodnota je ovlivněna stupněm drsnosti koryta kanálu a stěn potrubí. Tento parametr je také zohledněn v hydraulických výpočtech.

Obecná ustanovení metodiky a její rozsah použitelnosti

Z výše uvedených důvodů: nerovnoměrné proudění a heterogenita struktury odpadních vod se při určování návrhových charakteristik stokové sítě nepoužívají metody vyvinuté pro předvídatelné nerovnoměrné proudění kapaliny. Místo toho se používá vzorec pro rovnoměrný pohyb kapalného média. Bere v úvahu turbulence vyskytující se ve třech segmentech nebo fázích: hladký, přechodový a drsný. Tyto oblasti se vyskytují s různými průtoky. Stupeň turbulence je určen typem použitého vzorce v každém případě.

Pro zjednodušení výpočtu se ignoruje rozdělení objemu odpadních vod při jejich příchodu. I když v reálných podmínkách se to odehrává. Předpokládá se, že celý vypočtený objem vstupuje do potrubního úseku současně.

Další důležitá poznámka se týká absence tlaku ve vypočítaném modelu. Pro jednoduchost se předpokládá, že chybí. A kapalné médium se pohybuje potrubím přísně pod vlivem gravitace – gravitací. Což činí popsanou techniku ​​nevhodnou pro případ, kdy jsou v systému čerpadla.

Výsledkem použití metody hydraulického výpočtu je stanovení následujících parametrů systému:

• průměr potrubí;
• velikost průřezových ploch;
• snížení úrovně tlaku;
• průměrný průtok a plnění kanalizačních kanálů odpadní vodou.

Požadované počáteční vlastnosti:

• Průtok odpadní vody, m³/hod. Hodnota je stanovena výpočtem s přihlédnutím k sezónnosti a špičkovému zatížení kanalizačního systému.
• Sklon kanálu, m/m. Hodnota je dána terénem v oblasti, kde má být kanalizace vybudována. Existují také stavební předpisy, které tento parametr omezují.
• Rozsah rychlostí proudění potrubím/kanály, m/s. Jsou označeny dvěma hodnotami: maximální a minimální přípustnou hodnotou.

Vzorce pro výpočet vnější kanalizace

Existují dva základní vzorce, které jsou základem hydraulického modelu popisujícího kanalizační systém.

Vztah mezi průtokem q a průměrnou rychlostí proudění v a plochou průřezu ω je následující:

V tomto případě je průtok konstantní hodnotou uvedenou v podmínkách výpočtu.

AtSpeed ​​​​— v, pro specifické podmínky je stanoveno vztahem navrženým francouzským inženýrem Chezym:

Pro jeho použití jsou vyžadovány následující údaje:

• Hydraulický poloměr – R. V kanalizačních systémech jej lze získat vydělením plochy průřezu smáčeným obvodem. Rozměr veličiny je m.
• Hydraulický sklon – J. Poměr výšky svahu nebo hydraulické hlavy, vyjádřený v metrech, k délce kanálu/potrubí, rovněž vyjádřený v metrech.
• Chezyho koeficient – C, rozměr – m1/2/s. Charakterizuje stupeň odporu (tření) vůči pohybu kapalného média a závisí na drsnosti stěn potrubí.

Alternativní možnosti výpočtu

Tlakovou ztrátu v systému lze vypočítat pomocí alternativního empirického vzorce navrženého dalším francouzským specialistou na hydrauliku Darcym.

Vzorec používá následující parametry:

• Darcyho koeficient, λ.
• gravitační zrychlení, g. Připomeňme, že výpočet se provádí v systému s nulovým tlakem. K pohybu proudění dochází vlivem gravitace.
• Průměr D a poloměr R trubek jsou vyjádřeny v metrech.

Výhodou použití Darcyho vzorce je dostupnost hotových grafů a tabulek. Používají se k určení vypočtených hodnot parametrů systému bez složitých výpočtů. Poskytují vztah mezi Reynoldsovým číslem — Re a λ pro různé hodnoty relativní drsnosti stěn potrubí — Δэ/R. Kde Δэ je absolutní drsnost.

Pro lepší pochopení fyzikálního obrazu popsaného Darcyho vzorcem si představme proces turbulentního proudění tekutiny jako pohyb jádra s turbulencí, pokrytého filmem, jehož tloušťka se může měnit v závislosti na rychlosti pohybu. Říká se tomu laminární.

Při nízkých rychlostech, odpovídajících malým hodnotám Re, tloušťka pláště přesahuje výšku horních bodů drsnosti. V této hladké zóně závisí λ a c na Reynoldsově čísle. V tomto případě vznikající odpory přímo souvisí s velikostí rychlosti.

Jak se zvyšuje rychlost tekutiny, což odpovídá větším hodnotám Re, tloušťka filmu klesá. Což vede ke zvýšení vlivu drsnosti kanálu na proudění. Odpor se stává úměrným druhé mocnině rychlosti. Proto se tato zóna nazývá kvadratická. V tomto případě jsou koeficienty více ovlivněny relativní drsností Δэ.

Střední zóna se nazývá přechodová zóna. V něm se tloušťka filmu přibližně rovná výšce vrcholů drsnosti. V tomto případě dochází ke složitějšímu vztahu. Hodnoty λ a c jsou ovlivněny viskozitou čerpaného média a relativní drsností. Zkomplikuje se také závislost odporu na rychlosti. Budou úměrné mocnině 1,75 ku 2.

Zde platí vzorec N.F. Fedorova, který spojuje λ s hodnotami hydraulického poloměru – K a ekvivalentní drsností – Δэ.

Tento výraz zahrnuje Reynoldsovo číslo Re a koeficient a2, který je určen z výpočtových tabulek.

Pravá strana vztahu se skládá ze dvou pojmů popisujících dva režimy proudění: hladký a drsný. Praktická aplikace tohoto vzorce je komplikována nutností vypočítat požadovanou hodnotu Re.

Pokud průtok v systému překročí 1,5 m/s, je použitelný Stesiho vzorec s dosazením hodnoty c vypočítané pomocí výrazu navrženého N. N. Pavlovským:

Tento vzorec používá koeficient drsnosti n a hydraulický poloměr R.

Exponent y je určen jedním z následujících vzorců aplikovaných pro různé hodnoty hydraulického poloměru.

• y = 2,5 √n̅͞͞ — 0,13 – 0,75 √R̅ (√n̅͞͞ — 0,10) — vzorec se nazývá rozšířený. Používá se pro hodnoty poloměru menší než 3-5 metrů.
• y ≈ 1,5 √n̅͞͞ — zkrácená verze vzorce pro zjednodušený výpočet potrubí s R menším než 1 metr.
• y ≈ 1,3 √n͞͞ — stejné, ale použitelné pro R větší než 1 metr.

Pro výpočet kanalizačního systému uloženého pomocí otevřených kanálů se používá Manningův vzorec. Lze jej také získat ze vztahu odvozeného Pavlovským, kde n = 0,013. Stupeň y je v tomto případě přibližně roven ⅙. A výraz má zjednodušenou formu:

V typických případech se pro stanovení parametrů stokových systémů doporučuje použít vypracované a publikované tabulky. Berou v úvahu většinu typických materiálů potrubí, další podmínky, které ovlivňují hodnoty odporu, turbulence atd.

Autor článku: Alexander Shikhov