10.3. Предварительное потокораспределение и определение
диаметров труб участков сети и водоводов
Предварительное потокораспределение. При известной конфигурации сети, заданных значениях длин ее участков, мест и величин отборов воды из сети может быть намечено неограниченное число вариантов распределения расходов воды по ее участкам. В каждом из таких вариантов необходимо обеспечить заданные величины отборов воды и удовлетворить условия баланса расходов в узлах: сумма расходов, подходящих к узлу, равна сумме расходов, включая узловой отбор, отводимых от него, т. е. ZQ = o. (3.4) узла v ' Для уменьшения объема вычислительных работ необходимо выбрать такой вариант предварительного потокораспределения, который бы незначительно отличался от истинного потокораспределения, получаемого в результате увязки сети. Для этого желательно, чтобы в участках сети, попадающих в одно характерное сечение (на рис 3.1 сечения I...IV), расходы были приблизительно равными. При наличии потребителей с большим сосредоточенным отбором воды большая часть этого расхода направляется кратчайшим путем. Начальное потокораспределение выполняют для каждого характерного случая работы сети и представляют в виде схем (рис. 3.5) с указанием на них номеров узлов и колец, значений подач и отборов воды, расходов на участках с обозначением стрелками направления движения воды.
Рис. 3.5. Схемы предварительного потокораспределения на случаи: а — максимального водоразбора; б — максимального транзита воды в башню; в — максимального водоразбора при пожаре.
10.4 Экономически наивыгоднейшие диаметры.
При известном значении расхода воды q диаметр трубопровода, работающего полным сечением, может быть определен из уравнения* неразрывности потока, т. е.
d = 2^jq/{n- v) . (3.5)
При постоянном значении расхода q = const увеличение скорости v приводит к уменьшению диаметра трубопровода и увеличению потерь напора в нем и, наоборот, уменьшение скорости — к увеличению диаметра и уменьшению потерь напора. То и дру
гoe оказывает влияние на экономичность трубопровода. Очевидно, что должна быть принята скорость, обеспечивающая наиболее экономичный диаметр трубопровода. Критерием экономичности являются приведенные затраты, включающие в себя как капитальные, так и эксплуатационные затраты [см. формулу (1.12)]. На рис. 3.6 показан характер зависимости приведенных затрат и их составляющих от скорости v и диаметра d. С увеличением скорости (уменьшением диаметра) капитальные вложения (ЕнК) уменьшаются. При этом эксплуатационные затраты С возрастают, так как увеличиваются затраты электроэнергии вследствие роста потерь напора в трубопроводе. Экономичная скорость уэ или экономически наивыгоднейший диаметр йъ соответствуют минимуму приведенных затрат Птщ.
На рис. 3.7 представлен характер зависимости приведенных затрат П от расхода воды q для стандартных диаметров d\, d2t d3, d\ (di < d2 < dz < d4). Каждому диаметру соответствуют значения E„Ki, ЕнКг, Е„Кз, Е„К4, характеризующие затраты на строительство единицы длины трубопровода. Эти значения отложены на оси ординат, так как они не зависят от расхода q. При увеличении расхода воды эксплуатационные затраты растут, причем интенсивность роста (кривизна линий) больше для меньших диаметров, что соответствует характеру изменения потерь напора.Для конкретного значения расхода q* в данном примере наиболее экономичным является диаметр di, соответствующий минимальному значению приведенных затрат Птт. Точки пересечения кривых определяют области экономически наивыгоднейших расходов для соответствующих диаметров: 0-q\ — для d\\ q\-qi —
для d.2\ <72-<7з — для d.3- Таким образом, для каждого диаметра существует область значений расходов воды, при которых данный диаметр является экономически наивыгоднейшим. Положение и форма кривых, представленных на рис. 3.7, зависят не только от диаметра, но и от материала труб, условий строительства и эксплуатации трубопровода, которые характеризуются экономическим фактором Э: 3 = 87608v/sm/[102Tia&(E„+ fl/100)], (3.6) где б — стоимость электроэнергии, руб/(кВт-ч); v — коэффициент неравномерности расходования энергии, зависящий от коэффициента неравномерности потребления и подачи воды,
наивыгоднейший диаметр. При корректировке расчетного расхода целесообразно пользоваться значением Эт — 1 и соответствующей графой таблицы предельных расходов. При отсутствии таблицы предельных расходов, а также при проведении расчетов на ЭВМ экономически наивыгоднейший диаметр определяют по формуле
В таблицах Ф. А. Шевелева (см. Приложение 4) жирными линиями выделены значения v и 1000/ для экономически наивыгоднейших диаметров при значении экономического фактора
Э = 0,75.