Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 85 УДК 628.14 Н.В. Ковальчук, викл., Л.Г. Мещишена, доц. Кіровоградський національний технічний університет Алгоритм розрахунку розгалуженої мережі водопостачання Розроблена блок-схема розрахунку розгалуженої мережі водопостачання дозволяє за будь-якою програмою виконати багато варіантів цих розрахунків за короткий час, а також визначити оптимальні економічно-вигідні діаметри трудопроводів. розгалужена водопровідна мережа, водонапірна башта, швидкість, діаметр, витрата рідини, втрати напору, потрібний напір, приведені витрати В сучасних умовах виробництва сільськогосподарської продукції особливе місце займають фермерські господарства. Доля фермерських господарств у виробництві і переробці сільськогосподарської продукції з кожним роком значно зростає. А без гарантованої централізованої системи водопостачання сільськогосподарське виробництво неможливе. Безперебійне постачання високоякісної води в достатній кількості потрібне не тільки населеним пунктам, але і при виконанні сільськогосподарських робіт в полі, для водопою скотини на фермах, пасовиськах, при переробці сільськогосподарської продукції, тощо. Не кожне фермерське господарство має таку сучасну систему водопостачання. Тому задача забезпечення фермерських господарств централізованою системою водопостачання є досить актуальною і вирішити її можна тільки шляхом будівництва нових систем сільськогосподарського водопостачання. Централізовані системи сільськогосподарського водопостачання згідно з БніП [1] можуть мати розгалужену тупікову водопровідну мережу необмеженої протяжності. Незалежно від джерела водопостачання до складу цієї системи частіше всього входить водонапірна башта, яка створює і підтримує потрібний напір в системі, різкі коливання якого пояснюються нерівномірністю водоспоживання протягом доби. Тому при гідравлічних розрахунках розгалужної мережі разом з діаметром трудопроводів визначається потрібний напір на початку системи і висота водонапірної башти [2]. Розрахунок діаметра безпосередньо залежить від швидкості руху рідини в трубопроводі. При збільшенні швидкості зменшуються діаметри, необхідна кількість матеріалу труб, але збільшуються втрати напору. Це призводить до збільшення потрібного напору і висоти водонапірної башти. При зменшенні швидкості збільшуються діаметри і витрати на матеріал, але зменшується висота водонапірної башти. Вибір швидкості і діаметра в гідравлічних розрахунках повинен здійснюватись на основі техніко-економічного порівняння варіантів [3]. Тому виконання цих розрахунків за допомогою комп’ютера дозволять швидко отримати різні варіанти основних параметрів водопровідної мережі і вибрати з них оптимальні. Розрахунок починають зі складання схеми водопостачання з урахуванням її розташування на місцевості в плані. Приклад такої схеми наведено на рис.1 Тупикова мережа містить в собі магістральний трубопровод 1-2, водонапірну башту ВБ і тупикові відгалуження 2-3; 3-4; 4-5; 2-6. Напрямки для розрахунку приймаються від ___________ © Н.В. Ковальчук, Л.Г. Мещишена, 2010 Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 86 водонапірної башти ВБ (вузол 1) до кінцевих споживачів, котрі знаходяться в найгірших умовах з точки зору віддаленості від джерела водопостачання. Цих споживачів називають такими, хто диктує, а пронумеровані вузли 5, 6 – диктуючими вузлами. На схемі водопостачання крім нумерації вузлів позначаємо їх геодезичні відмітки ( zі) і геодезичну відмітку водопровідної башти (zВБ), довжину магістралі 1-2 і довжини відгалужень 2-3; 3-4; 4-5; 2-6, необхідну витрату для господарчо-питних потреб мешканців, виробничих потреб підприємств та агро-промислових потреб селища, а також вільній напір hвіл в кінцевих пунктах мережі. Ці витрати визначаються на основі норм водоспоживання по кожній групі споживачів окремо з урахуванням нерівномірності потреб за годинами доби [1,5]. Алгоритм гідравлічного розрахунку водопровідної мережі полягає в наступному. Діаметр трубопроводу визначається за формулою v Q v Q d    13.1 4  , (1) де Q - витрата в трубопроводі, м 3/с; v - швидкість руху води в трубі, м/с. Рисунок 1 – Схема водопостачання для гідравлічного розрахунку Витрату рідини потрібно обчислити , виходячи з вихідних даних схеми водопостачання. Розрахунок починають з кінцевих пунктів мережі водопостачання. Зручно ці розрахунки представити у вигляді таблиці 1. в ід Н .С . 62 61,5 61 60,5 60 59,5 ВБ 1 l =250 м l =200 м l =150 м l =80 м 2 30л/с 15л/с 21л/с 14л/с 18л/с 12л/с 25л/с 15л/с10л/с 16л/с 8л/с 10л/с 6 3 4 5 Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 87 Таблиця 1 – Дані для гідравлічного розрахунку системи водопостачання Характеристика обраного напрямку Напрямок послідовність ділянок перелік ділянок довжина l , м витрата Q , м3/с віл h , м zі, м диктуючих вузлів 1-5 1-2-3-4-5 1-2 2-3 3-4 4-5 250 80 150 70 0,194 0,104 0,074 0,050 - - - 12 - - - z 5 = 59,75 1-6 1-2-6 1-2 2-6 250 200 0,194 0,035 - 12 - z 6 = 60,7 Згідно [1] економічну швидкість для металевих труб невеликого діаметру можна прийняти 0,75-1,25 м/с, а для труб великого діаметру – 1-1,4 м/с. Після розрахунку діаметра необхідно обрати найближчий (більший) стандартний діаметр згідно табл. 2 [2]. Таблиця 2 – Модуль витрати K для труб діаметром d при kе = 0,012 мм d, мм 50 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 К, м3/с 0 ,0 0 9 8 7 0 ,0 2 8 7 0 ,0 6 1 4 0 ,1 1 0 9 0 ,1 7 9 4 0 ,3 8 3 6 0 ,6 9 2 1 1 ,1 2 1 1 ,6 8 4 2 2 ,3 9 7 8 4 ,2 5 9 2 4 ,3 2 4 2 Втрати напору на дільницях визначаються за формулою: 2 2 K lQ h втр  , (2) де Q - витрата рідини, м3/с; l - довжина трубопроводу, м; К – модуль витрати, значення якого вибирається в залежності від діаметра по табл. 2. Необхідний напір на початку магістральної лінії розраховується за формулою: zhhН втрвіл  ∑1,1 , (3) де віл h - вільний напір в диктуючому вузлі; z - геодезична координата диктуючого вузла; 1,1∑ втр h - сумарні втрати напору від водонапірної башти до диктуючого вузла з урахуванням можливих місцевих втрат напору. Висота рівня води в резервуарі водонапірної башти: .... БВБВ zНh  , (4) де ..БВ z - геодезична висота місця розташування водонапірної башти. Економічні розрахунки полягають у визначенні приведених витрат, які можна знайти за формулою: )15,0( камелприв SSSS  , (5) Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 88 де ел S - вартість електроенергії; Пел NТСS  , (6) де С – ціна 1 кВт.год; Т – тривалість роботи насоса на рік (год.); П N - потужність потоку рідини, кВт; HQgN водиП  max  , (7) де max Q - максимальна витрата на початку магістралі, м3/с; ам S - амортизаційні відрахування, грн.; c k ам t S S  , (8) де c t - строк експлуатації трубопровода, років; k S - капітальні вкладення, грн.; мТк SSS  , (9) де Т S - вартість труб, грн.; ТТ ЦМS  , (10) де М – маса труб, т; ЦТ – ціна труб, грн./т; м S - вартість монтажу труб можна прийняти: Тм SS  3,0 ;   lddM T  22 )2( 4  (11) де Т  - густина матеріалу труб, т/м3;  - товщина стінки труб, м. Послідовність гідравлічних і економічних розрахунків подана у вигляді блок-схеми ( рис.2) Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 89 Рисунок 2 – Блок-схема алгоритму гідравлічних і економічних розрахунків тупикової мережі водопостачання Початок Вихідні дані: l1-2, l2-3,l3-4,l4-5, l2-6, Q1-2, Q2-3,Q3-4,Q4-5, Q2-6, zВБ, z5 ,hвіл, ρт,  води, t, δ, C,Т,Ц,dj, K v =0,4+i/10 v Q D 13,1 i =1,11 2 3 Ј=1 dj ≥D Ј =Ј+1 2 2 jK l Qh  ΔZ = ZВБ- Z5 Σ h1 = h1-2+h2-3+h3-4+h4-5 H1-5 =ΔZ1+Σh1 +hвіл hВБ = H1-5 - ZВБ 1 1   lddM jjT  22 )2( 4  S =M·Ц SM= 0,3S SK=S +SM SAM =SK/t Nп = ρводи·g·Q1-2·H1-5 Sел = С·Т·Nп Sпр =Sел +( SАМ +0,15SK) ΣSпр = Sпр1-2+ Sпр2-3+ Sпр3-4 + + Sпр4-5 +Sпр2-6 2 3 Вивід: d1-2,d2-3,d3-4, d4-5, d2-6, hВБ, ΣSпр Кінець Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2010, випуск 23 90 Запропонована блок-схема алгоритму гідравлічних і економічних розрахунків системи сільськогосподарського водопостачання дуже проста і може бути реалізована на будь-якому алгоритмічному язиці програмування. Вона може бути корисна не тільки проектувальникам систем водопостачання, але і студентам при виконанні курсових і дипломних проектів. Список літератури 1. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1985. – 136 с. 2. Циклаури Д.С. Гидравлика, сельскохозяйственное водоснабжение и гидросиловые установки. – Москва. Издательство литературы по строительству, 1970. – 255 с. 3. Карасев Б.В. Гидравлика, основы сельскохозяйственного водоснабжения и канализации. Минск. Высшая школа, 1983. – 285 с. 4. Абрамов Н.Н., Поспелова М.М. и др. Расчет водопроводных сетей. – М.: Стройиздат, 1983. – 278 с. 5. Логинов В.П., Шуссер Л.М. Справочник по сельскохозяйственному водоснабжению/ Под. Ред. В.С. Оводова.-М.: Колос, 1980.-287 с. Н.Ковальчук, Л.Мещишена Алгоритм рассчёта разветвлённой сети водоснабжения Предложенная блок-схема алгоритма гидравлических и экономических рассчётов сетей сельскохозяйственного водоснабжения позволяет с помощью компьютера очень быстро определить оптимальные конструктивные и гидравлические параметры водопроводной сети. N.Kovalchuk, L.Meshishena Computation algorithm for water supply extensive network Designed algorithm of agriculture water supply systems` hydraulic and cost-efficiency evaluation is an easy-to- use approach for computer-assisted finding of the best values of water main network parameters. Одержано 12.02.10