Начальное потокораспределение в кольцевых сетях. Задачи и принципы начального потокораспределения

Первой подготовительной операцией, предшествующей расчету кольцевой сети, является начальное распределение потоков воды по ее линиям. В кольцевой сети, в отличие от разветвленной, за­данные отборы воды в узлах могут быть обеспечены неограниченным числом вариантов распределения потоков воды по ее участкам.

В основу расчета сети должно быть положено потокораспределение, обеспечивающее наиболее рациональное решение задачи опре­деления диаметров труб ее участков.

Одним из основных условий, предъявляемых к начальному потокораспределению, является удовлетворение требований надежности. Под надежностью сети понимается ее свойство при любых случайных событиях, требующих выключения из работы отдельных участков, по­давать потребителям воду в количествах не ниже установленных пределов. Надежность сети обеспечивается наличием в ней не менее двух параллельных транзитных магистралей, транспортирующих воду от точек подачи ее к сети до наиболее удаленных участков. Эти магистрали должны быть взаимозаменяемыми при аварии, т. е. иметь примерно равную пропускную способность. Кроме того, пе­ремычки между магистралями должны иметь достаточную пропуск­ную способность для возможности переброски воды с одной магист­рали на другие (параллельные) в случае аварий на одной из них. Эффективным способом увеличения надежности водообеспечения яв­ляется кольцевание сетей.

Начальное потокораспределение, служащее основой для опреде­ления диаметров труб сети, должно быть намечено одновременно для всех расчетных случаев, кото­рые могут существенно влиять на расходы участков и напоры в них. Для каждого из таких расчетных случаев предваритель­но намечают по совмещенным графикам подачи и потребления воды предполагаемые величины подач водопитателей и нефи­ксированных отборов.

Характер потокораспределения в сети в большой степени за­висит от ее конфигурации, рас­положения водопитателей и напорных емкостей.

Начальное распределение по­токов для каждого расчетного случая производят с удовлетворением (точно или приближенно) баланса расходов в узлах сети (первый закон Кирхгофа).

Схемы начального потокораспределения для выбранных рас­четных случаев позволяют установить значения расчетных расходов отдельных участков и определить по ним диаметры труб. Разумеет­ся, для различных расчетных случаев расходы на одних и тех же участках будут различными.

Обычно один из основных расчетных случаев работы сети опре­деляет для всех или большинства участков сети диктующие расхо­ды. Иногда для отдельных участков перед определением диаметров приходится вносить в расчетные расходы коррективы исходя из вероятной нагрузки этих участков при других расчетных случаях.

Для назначения диаметров перемычек, которые при нормальной работе системы (рис. IV.1,а) нагружены весьма слабо или совсем не работают, следует принимать расход , перебрасываемый по перемычке в случае аварии (рис. IV.1,б). Этот расход будет меньше идущего по магистрали (), так как он передается на несколь­ко соседних магистралей. Диаметры перемычек можно назначать по конструктивным соображениям после определения наивыгоднейших диаметров магистралей. Обычно диаметр перемычки принимают на один порядок ниже (по соответствующему стандарту используемых труб).

Как уже отмечалось, характер движения воды по участкам кольцевой сети в значительной степени зависит от ее конфигурации и расположения точек подачи воды к сети и крупных (фиксирован­ных и нефиксированных) отборов воды.

Рассмотрим прежде всего системы с одним водопитателем (насос и башня в начале сети) без нефиксированных отборов.

На схеме, приведенной на рис IV.2,а, представлена сеть такой конфигурации, при которой четко разграничена роль отдельных .линий сети. Линии а — это постоянно нагруженные транзитные ма­гистрали. Линии б — распределительные «гребенки», тоже постоянно нагруженные; они раздают воду по магистралям. Наконец, линии в — перемычки, работающие при авариях на магистралях.

На схеме рис. IV.2, б представлена сеть, в которой расположение водопитателей обусловливает отсутствие четкого различия между транзитными магистралями и перемычками. Все линии сети постоян­но нагружены (в той или иной степени). При аварии на одном из участков параллельные участки работают с большей нагрузкой.

Сеть, показанная на схеме рис. IV.2,в, при одном источнике пи­тания имеет две конечные точки схода. Центральная линия б от водопитателя играет роль распределительной «гребенки», работаю­щей на оба направления, а по каждому из двух направлений про­ходят линии параллельных маги­стралей а с соответствующими перемычками в. Конечных точек схо­да может быть несколько.

Рассмотрим далее системы с общим числом водопитателей и нефиксированных отборов, равным двум. Распространенной систе­мой такого типа является система с контррезервуаром. В этой сис­теме в часы наибольшего водопотребления вода поступает в сеть от насосов и от башни, которая в указанный период служит вторым водопитателем (рис. IV.3,а). В периоды превышения подачи воды насосами над водопотреблением избыток подаваемой воды проходит транзитом через сеть и поступает в башню, которая в этот период работает как нефиксированный отбор (рис. IV.3.б).

Начальное потокораспределение в таких сетях должно быть намечено одновременно для двух расчетных случаев — на работу в часы наибольшего водопотребления и на работу в часы наибольшего транзита воды в башню. Если предусмотрена равномерная работа насосов в течение суток, то расходы в головных участках сети в обоих расчетных случаях будут мало изменяться. В участках сети, примыкающих к точке присоединения башни, расчетные расходы будут менять знак при этих расчетных случаях, но значения их обычно не будут сильно различаться. Значительно меняется нагруз­ка в часы наибольшего водопотребления и в часы транзита в участ­ках сети, примыкающих (и близких) к границе зон питания сети от насосов и от башни. Расходы в часы транзита здесь часто оказывают­ся большими.

За основной расчетный случай для определения диаметров труб магистральной сети следует принимать работу в часы наибольшего транзита воды в башню.

Характер движения воды в сети с контррезервуаром будет за­висеть от ее конфигурации и взаимного расположения точек при­соединения водоводов от насосов и от башни. Это оказывает соот­ветствующее влияние на назначение диаметров отдельных линий.

К категории сетей, имеющих общее число водопитателей и не­фиксированных отборов, равное двум, относятся также сети, пи­таемые от двух насосных станций или от одной насосной станции и одного напорного резервуара, постоянно подающего воду в сеть. Такая система тоже может иметь одну, две и более точек схода. Как и в сетях с одним водопитателем, в рассматриваемых сетях при начальном потокораспределенни должны быть предусмотрены и соблюдены требования надежности.

В системах с несколькими (более двух) водопитателями и не­фиксированными отборами распределение потоков воды в отдель­ные периоды работы (как и выбор расчетных расходов) может ока­заться весьма сложным.

Таким образом, на основании принятого начального распределе­ния потоков воды в сети (любого типа) для основных расчетных слу­чаев могут быть получены значения расходов, по которым опреде­ляются диаметры труб с соблюдением требований экономичности и надежности.

Следует отметить, что нахождение значений наивыгоднейших диаметров осуществимо только при заданном потокораспределении, т. е. при некоторых принятых значениях расходов в участках сети. Нахождение наивыгоднейшего распределения расходов в кольцевой сети приводит к превращению ее в разветвленную (для удовлетворения тех же заданных узловых отборов).

 

Абрамов Н.Н.

«Расчет водопроводных сетей» (1983)