в канализационной сети, занимались профессора А. Я- Милович, Б. О. Ботук, Н. Ф. Федоров, С. В. Яковлев, инж. А. В. Грицук, кандидаты технических наук А. А. Карпинский, Н. А. Масленников, С. К- Ко-лобанов и др., а также зарубежные ученые. Многочисленные исследования показали, что в канализационной сети хорошо транспортируются органические нерастворимые вещества и плохо - нерастворимые минеральные примеси, главным образом песок, который при неблагоприятных гидравлических условиях выпадает в осадок.

0,Ь 1

Рис. 3 3. Фракционный состав отложений (а) и схема непрерывного передвижения их

в канализационной сети (б)

1 - бытовой, 2 - дождевой, 3 - общеснлавной

В осадках, выпавших в канализационной сети, содержится от 3 до 8% по объему органических веществ, в основном крупностью более 1 мм, и от 92 до 97% минеральных веществ крупностью в среднем около 1 мм, в том числе до 75% веществ крупностью менее 0,5 мм. Больше всего в осадке содержится песка; по данным различных исследований, количество его составляет от 70 до 90%- Плотность уплотненного осадка бытовых канализационных сетей составляет в среднем 1,6 т/м а неуплотненного (с учетом пористости) - 1,4 т/м

Фракционный состав осадка в разных системах канализации, по исследованиям проф. Н. Ф. Федорова, сильно не различается (рис. 3.3, а). На крупность фракций и состав осевшего в коллекторах осадка оказывает влияние скорость потока жидкости.

Опыт эксплуатации действующих канализационных сетей подтверждает, что все существующие коллекторы по транспортнруюпхей способности можно разбить на три группы (соответствующие трем состояниям потока), в которых: 1) обеспечивается необходимая скорость и никогда не наблюдается выпадения осадков; прочистка таких коллекторов не требуется; 2) наблюдается волнообразное передвижение песка; прочистка таких коллекторов также не требуется (рис. 3.3,6); 3) гидравлические уклоны малы и транспортирующая способность потока недостаточна; осадки в таких коллекторах выпадают сплошным мощным и уплотненным слоем.

Вследствие образования в трубах нового ложа из осадков гидравлические сопротивления возрастают и достигают значений, равных сопротивлению при течении жидкости по земляному руслу. Эксплуатация таких коллекторов возможна только при их регулярной прочистке.

Потери энергии (напора) Лтр при движении жидкостей по трубам и каналам могут быть выражены уравнением

(3.5)

коэффициент, учитывающий влияние размеров трубы, шероховатость ее стенок и вид жидкости;

показатель степени, учитывающий влияние скорости движения жидкости; при ламинарном движении т=1, при турбулентном т= 1,75... 2. Характеристикой режима потока служит безразмерное число Рей-нольдса Re, которое для круглых труб при полном заполнении может быть выражено формулой

Re = vd/v - viR/v,

(3.6)

где V- средняя скорость движения жидкости; d- диаметр труб;

V- кинематический коэффициент вязкости жидкости. Исследованиями движения чистой воды установлено, что при Re<: <2320 режим движения будет ламинарным, а при Re>2320--турбулентным.

Движение жидкости в канализационной сети происходит в турбулентном режиме. При этом режиме непосредственно у стенки трубы возникает очень тонкий слой воды 6л с ламинарным движением.

При малых величинах Re слой бл больше высоты выступов шероховатой стенки Аэ (см. рис. 3.2,0). В этом случае шероховатость труб

не вызывает дополнительного сопротивления и вода движется, как в гладких трубах. С увеличением средней скорости потока уменьшается величина бл, выступы на стенах труб обнажаются и трубы становятся гидравлически шероховатыми, что ведет к увеличению коэффициента сопротивления движению. Таким образом, в зависимости от скорости течения трубы могут работать в гладкой и шероховатой зонах, а также в переходной области между ними.

Основными гидравлическими характеристиками потока жидкости являются: расход Q, средняя скорость потока и, площадь живого сечения потока ш, гидравлический радиус R, гидравлический уклон /, коэффициент шероховатости стенок трубы п.

Движение сточных вод на отдельных участках канализационной сети может быть равномерным и неравномерным.

Равномерным называется такое движение, при котором средняя скорость потока по длине русла не изменяется. (Эно может быть только: 1) при постоянстве расхода («7=const), площади живого сечения потока (o)==const), гидравлического уклона, равного уклону дна русла при безнапорном движении (/=i = const), или давления (p = const) в начальной точке при напорном потоке (рис. 3.4); 2) при однотипной шероховатости смоченной поверхности русла по его длине и в поперечном сечении; 3) при отсутствии местных сопротивлений.

Рис. 3.4. Гидравлические элементы потока при равномерном движении

И/ =0)/;=-const; Ч"/=i7 =»const; и/=ti =const; /=i=const

Неравномерным движением называется такое, при котором в разных по площади живых сечениях русла средняя скорость потока неодинакова.

На рис. 3.5 показана неравномерность движения сточных вод в сети по замерам канд. техн. наук С. К. Колобанова. Фактические скорости движения воды в сети резко изменялись вследствие местных сопротивлений, создавались подпоры, что способствовало выпадению осадков. Неравномерность движения жидкости в сети осложняется тем, что поступление сточных вод не остается постоянным, а изменяется по часам

ные р?ми

Рис. 3.5 Гидравлический режим течения жидкости в канализационной сети

а -график средних скоростей при разных расходах: / - <7=34 л/с; 2 - ц=2ЪЛ л/с; 3 -q"=17,7 л/с;

= л/с; 5-9=5,5 л/с; 6 -расчетная скорость по формуле (3 14) при q=34 л/с; 7 - то же, при 0=Э,5 л/с, б - продольный профиль канализационной трубы; / - уровеь воды, определенный по формуле равномерного движения при =25,4 л/с; 2 - уруовень свободной поверхности при q=25A л/с;

3-верх трубы; 4 - лоток трубы

суток И увеличивается от боковых присоединений сети. Все это позволяет считать, что движение жидкости в канализационной сети не только неравномерное, но и неустановившееся.

Неустановившийся режим движения сточных вод проявляется более резко в трубах малого диаметра. В коллекторах большого диаметра мелкие попутные присоединения, несущие малые расходы сточных вод, не оказывают влияния на режим потока.

Вследствие сложности расчета канализационной сети по формулам неравномерного движения, из-за неоднородности состава и неравномерности режима поступления сточных вод в сеть, гидравлический ее расчет производят по универсальным формулам равномерного движения в шероховатой, гладкой и переходкой областях турбулентного режима,