§ 19. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ

Гидравлический расчет канализационных сетей заключается в определении диаметров труб для расчетных максимальных секундных расходов сточных вод, уклонов, потерь напора, скоростей течения и степени наполнения.

При расчете сети допускается, что расчетный расход сточных вод поступает в начале расчетного участка (см. § 27), а режим движения жидкости в расчетных участках сети равномерный.

В основу гидравлического расчета приняты:

1) формула постоянства расхода

9 = (йуз (3.7)

2) формула Шези для определения скорости течения

v=cVRI, (3.8)

где q- максимальный расчетный расход сточных вод, м/с; со- площадь живого сечения потока, м,

V- средняя скорость движения потока, м/с; R- гидравлический радиус, м; С- коэффициент сопротивления трения по длине;

/- гидравлический уклон потока:

В СНиП П-32-74 реко.мендуется вместо формулы (3.9) пользоваться идентичной формулой Дарси:

<-">

где Я,-- коэффициент сопротивления трению по длине; g-ускорение свободного падения, м/с. Между значениями коэффициентов сопротивления С и Я, существуют следующие зависимости:

С Vsg/l = SgIC\ (3.11)

Коэффициент сопротивления С определяют по формуле акад. Н. Н. Павловского:

C = ~Ry, (3.12)

где п- коэффициент шероховатости, принимаемый равным 0,012-• 0,015 в зависимости от материала труб (см. табл. 3.2); у-показатель степени, зависящий от значения коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

z/=2,5l/T -0,13 -0,75 0,l). (3.13)

В канализационных коллекторах диаметром до 4000 мм гидравлический радиус всегда меньше 1 м, а при i?<l и /г=0,013 показатель степени

1/« i.sKT 1/6.

при постоянном показателе у=1/6 формула (3.12) получила широкое распространение в ряде стран под названием формулы Маннинга:

C=-R, (3.12а)

или приближенно

Значения коэффициентов шероховатости

(3.126)

Таблица 3.2

Подставляя в формулу (3.8) значение коэффициента С, найденное по формуле Н. Н. Павловского, при у-0,\7 получим:

Подставляя значение С в формулу расхода (3.7), будем иметь

(3.14)

(3.15)

Степенная формула Н. Н. Павловского позволяет легко переходить при расчетах от одного коэффициента шероховатости к другому путем введения добавочного множителя. В зарубежной практике наряду с формулой Маннинга широко применяют степенную формулу Хазен - Вильямса:

v aRl", (3.16)

где а - величина, принимаемая равной 100-150,

В соответствии со СНиП безразмерный коэффициент сопротивления Л рекомендуется определять по формулам Н, Ф. Федорова, учитывающим различную степень турбулентности потока в гладкой, шероховатой и переходной областях движения:

а) для напорного течения

«2

\iA2d Re/

(3.17)

б) для безнапорнога течения

13,68i? Re )

(3.1S)

коэффициент эквивалентной абсолютной шероховатости, см (см. табл. 3.2);

«2- безразмерный коэффициент, учитывающий характер шероховатости материала труб (см. табл. 3.2); R- гидравлический радиус, см; Re- число Рейнольдса. Дэ и при расчетах принимаются в одинаковых единицах (в см). Проф. Н. Ф. Федоровым установлена зависимость между коэффициентами шероховатости п и эквивалентной шероховатости Аэ (см. табл. 3.2), которая выражается формулой

гг = 0,0392У Дэ

(3.19)

При гидравлическом расчете канализационных сетей пользуются графиками, номограммами и таблицами (см. § 21), составленными по формулам акад. И. И. Павловского и проф. Н. Ф. Федорова. Конечные результаты расчетов получаются практически одинаковыми, поэтому расчеты можно вести по любой из этих формул.

§ 20. РАСЧЕТНЫЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД И МИНИМАЛЬНЫЕ УКЛОНЫ

Для обеспечения нормальных условий работы канализационным сетям придают надлежащие уклоны, обеспечивающие течение жидкости с самоочищающими скоростями. Скорость течения является функцией

уклона и гидравлического радиуса [см. формулу (3.8)]. С увеличением уклона или гидравлического радиуса скорость течения жидкости возрастает.

Среднюю скорость течения в рассматриваемом потоке определяют по формуле о = д/(о. (3.20)

Рис. 3 6. Распределение скоростей течения сточной воды в круглом коллекторе

В действительности скорости течения в разных точках поперечного сечения потока несколько отличаются от средней скорости потока (рис. 3.6): в середине (ядре) потока они значительно больше, чем у стенок и дна. Наименьшая скорость наблюдается у дна. Поэтому, несмотря на достаточную скорость течения в центре потока, лотки коллекторов иногда заполнены осадком. Чем больше диаметр коллектора, тем больше нерастворимых примесей должно транспортироваться в придонном слое и тем больше должны быть донные скорости. Вести расчет канализационной сети на донные скорости не представляется возможным, так как их определение связано с большими трудностями, поэтому расчет канализационной сети ведут на расчетную скорость течения.

Расчетной скоростью называют скорость течения при максимальном расчетном расходе и расчетном наполнении и назначают ее в пределах между максимальными и минимальными скоростями течения.