Рассмотрены основные вопросы выбора, проектирования и расчёта различных систем и схем водоотведения города и промышленных предприятий. Изложены основы гидравлического расчёта самотечных и напорных трубопроводов, различных водоотводящих сетей и сооружений из них. Для студентов строительных вузов, обучающихся по специальности "Водоснабжение и канализация", "Рациональное использование водных ресурсов и обезвреживание промышленных стоков".

Предисловие
Введение

Раздел I. Общие вопросы проектирования систем водоотведения

Глава 1. Системы и схемы водоотведения
§ 1. Сточные воды и их краткая характеристика
§ 2. Схема водоотведения и ее элементы
§ 3. Системы водоотведения городов
§ 4. Санитарная и технико-экономическая оценка систем водоотведения. Выбор систем водоотведения городов
§ 5. Условия приема сточных вод в водоотводящие сети
§ 6. Системы водоотведения промышленных предприятий
§ 7. Системы водоотведения районов и промышленных комплексов
§ 8. Схемы водоотведения

Глава 2. Условия проектирования систем водоотведения
§ 9. Предпроектные разработки
§ 10. Исходные документы и данные для проектирования
§ 11. Стадии проектирования. Состав проектных материалов

Глава 3. Основы гидравлического расчета водоотводящих сетей
§ 12. Особенности движения сточных вод в водоотводящих сетях
§ 13. Формулы для гидравлического расчета безнапорных трубопроводов
§ 14. Расчет напорных трубопроводов
§ 15. Формы поперечного сечения труб
§ 16. Минимальные диаметры труб и оптимальные степени их наполнений
§ 17. Минимальные и максимальные скорости и уклоны
§ 18. Практические приемы гидравлического расчета водоотводящих сетей

Раздел II. Бытовые и производственные сети

Глава 4. Проектирование схем водоотводящих сетей
§ 19. Классификация схем водоотводящих сетей
§ 20. Разработка схем водоотводящих сетей

Глава 5. Расчетные расходы сточных вод
§ 21. Удельное водоотведение
§ 22. Коэффициенты неравномерности
§ 23. Определение расчетных расходов бытовых и производственных сточных вод
§ 24. Графики колебания притока сточных вод
§ 25. Суммарные расходы сточных вод

Глава 6. Расчет и высотное проектирование водоотводящей сети
§ 26. Определение расчетных расходов сточных вод для отдельных участков сети
§ 27. Минимальная и максимальная глубины заложения трубопроводов
§ 28. Гидравлический расчет и высотное проектирование водоотводящей сети
§ 29. Расчет водоотводящей сети с помощью ЭВМ
§ 30. Конструирование водоотводящей сети
§ 31. Расположение трубопроводов водоотводящих сетей в пределах проездов

Раздел III. Сети для отвода атмосферных вод

Глава 7. Метеорологические основы расчета количества атмосферных осадков и закономерности формирования стока
§ 32. Измерение количества атмосферных осадков
§ 33. Основные расчетные параметры
§ 34. Вывод формулы расчетной интенсивности дождя по данным записи
§ 35. Формулы для определения расчетной интенсивности дождя
§ 36. Коэффициент стока
§ 37. Расчетная продолжительность дождя
§ 38. Формулы для определения расчетных расходов дождевых вод
§ 39. Формулы для определения расчетных расходов талых и поливочно-моечных вод

Глава 8. Дождевая водоотводящая сеть (водостоки)
§ 40. Проектирование схем дождевой сети
§ 41. Определение расчетных расходов дождевых вод
§ 42. Гидравлический расчет и построение продольных профилей дождевой сети городов
§ 43. Гидравлический расчет и построение продольных профилей дождевой сети промышленных предприятий
§ 44. Напорный режим работы дождевой сети
§ 45. Расчет дождевой сети на ЭВМ

Глава 9. Сети полураздельной и общесплавной систем водоотведения
§ 46. Сети полураздельной системы водоотведения
§ 47. Гидравлический расчет и построение продольных профилей сетей полураздельной системы водоотведения
§ 48. Сеть общесплавной системы водоотведения

Раздел IV. Трубопроводы, коллекторы и сооружения на водоотводящих сетях

Глава 10. Устройство водоотводящих сетей
§ 49. Требования, предъявляемые к материалу труб и коллекторов
§ 50. Трубы и способы их соединения
§ 51. Коллекторы
§ 52. Основания под трубопроводы
§ 53. Вентиляция водоотводящей сети. Защита трубопроводов и сооружений от действия агрессивных сточных и подземных вод
§ 54. Особенности устройства водоотводящих сетей промышленных предприятий
§ 55. Строительство водоотводящих сетей и приемка их в эксплуатацию

Глава 11. Сооружения на водоотводящих сетях и системах
§ 56. Смотровые колодцы
§ 57. Перепадные колодцы
§ 58. Дождеприемники
§ 59. Пересечение самотечных трубопроводов с препятствия
§ 60. Ливнеспуски и разделительные камеры
§ 61. Регулирующие резервуары
§ 62. Выпуски сточных вод в водоемы

Глава 12. Перекачка сточных вод
§ 63. Расположение насосных станций
§ 64. Исходные данные для проектирования и расчета насосных станций
§ 65. Определение вместимости приемных резервуаров и особенности их устройства
§ 66. Напорные трубопроводы и аварийные выпуски
§ 67. Схемы и конструкции насосных станций

Приложения
Список литературы

Предисловие

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года, утвержденных XXVII съездом КПСС, значительное внимание уделено вопросам охраны окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Предусматривается проведение мероприятий, обеспечивающих охрану водных источников от загрязнения и истощения; увеличение мощностей систем оборотного водоснабжения и повторного использования вод, разработка и внедрение на предприятиях бессточных систем водопользования.

В ближайшее время объем строительства систем водоотведения возрастет, для чего потребуется подготовка инженеров-строителей по водоснабжению и водоотведению, способных решать новые задачи, обусловленные научно-техническими достижениями. Цель данного учебника - научить будущих специалистов осуществлять выбор водоотводящих систем для населенных мест и промышленных предприятий с учетом санитарных и технико-экономических требований; проектировать различные водоотводящие сети и сооружения на них; навыкам анализа и исследования водоотводящих систем и сетей, а также сооружений на них.

Учебник написан в соответствии с утвержденной программой. Дисциплина «Водоотводящие системы и сооружения» является профилирующей специальной дисциплиной. Поэтому в учебнике много внимания уделено нормам на проектирование, а также опыту проектирования, строительства и эксплуатации водоотводящих систем и сетей. Изучению дисциплины должно предшествовать изучение курсов гидравлики, строительных материалов, инженерной геологии, насосов и насосных станции и ряда теоретических курсов.

Автор приносит искреннюю благодарность д-ру техн. наук, проф. В.В. Найденко и канд. техн. наук, доц. А.А. Усачевой, а также д-ру техн. наук, проф. Н.А. Лукиных за ценные замечания и рекомендации, сделанные ими при рецензировании рукописи.

Введение

В процессе жизнедеятельности человек использует значительное количество воды, которая забирается из природных поверхностных или подземных источников. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется, в ней накапливаются вещества органического и минерального происхождения. При этом изменяются и ее физические свойства. Такую воду принято называть сточной водой.

Сточная вода является благоприятной средой для развития разнообразных микроорганизмов, в том числе и патогенных, являющихся возбудителями и распространителями инфекционных заболеваний. Загрязняя окружающую среду, сточные воды одновременно создают условия для возникновения различных болезней человека и эпидемий. Кроме того, в сточных водах могут содержаться токсические вещества (кислоты, щелочи, соли и др.), способные вызвать отравление живых организмов и гибель растений. Из сказанного очевидно, что сточные воды должны удаляться из населенных пунктов, городов и промышленных предприятий. Перед сбросом в водоемы их следует подвергать очистке, в противном случае поверхностные водоемы и подземные источники годы окажутся загрязненными и использование их для водоснабжения и хозяйственно-бытовых целей будет невозможно.

Комплекс инженерных сооружений и санитарных мероприятий, предназначенных для сбора, отвода (транспортирования) за пределы обслуживаемых объектов, очистки, обезвреживания и обеззараживания загрязненных сточных вод и выпуска их в водоемы, называется водоотводящей системой. Кроме того, водоотводящие системы должны обеспечивать отвод и очистку дождевых вод, образующихся вследствие выпадения атмосферных осадков и таяния снега.

Необходимость строительства водоотводящих систем во все времена диктовалась санитарными требованиями и стремлением к улучшению жилищно-бытовых условий и применении воды для удаления нечистот свидетельствуют археологические раскопки древних поселений и городов. В V в. до н. э. в Греции широко практиковалось устройство водостоков. О водоотведении упоминается в комедиях Аристофана. При раскопках обнаружены более поздние водоотводящие сооружения в городах Олимпии, Приене и других. В Риме в VI в. до н. э. был построен водоотводящий канал «клоака максима», который частично сохранился и используется в настоящее время. Литературные источники свидетельствуют о существовании каналов для отвода атмосферных и бытовых сточных вод в Индии и Китае около 5-6 тыс. лет назад.

В период феодализма практически не строились водоотводящие сооружения. Нечистоты либо собирались в специальных емкостях - выгребах, либо выливались на улицы. Известно, что города Европы «утопали в грязи». Промышленное развитие и рост городов в Европе в XIX в. привели к широкому строительству водоотводящих каналов. В Париже протяженность их составляла: в 1806 г. - 23,5 км, в 1858 г. - 170 км. С начала XIX в. в Англии проводятся мероприятия по повышению санитарного благоустройства городов.

Первые сооружения для отведения воды в России обнаружены в Новгороде. Их существование относится к XII в. Канал высотой в четыре бревна был перекрыт пластинами и берестой. В XIV в. в Москве была проложена водосточная труба в р. Москву от центральной Ивановской площади. В Петербурге широко применяются каналы для отвода воды от фонтанов. Устраиваются водостоки и для отвода атмосферных осадков. В середине XVIII в. были построены кирпичные водостоки по набережной р. Невы на Васильевском острове.

Водоотводящих систем в XIX в. строилось очень мало. Одной из первых была водоотводящая система в г. Киеве, пущенная в эксплуатацию в 1894 г. В Москве водоотводящую систему начали проектировать в 1874 г., пустили же ее в эксплуатацию в 1898 г. Ко времени Великой Октябрьской социалистической революции водоотводящие системы были построены только в 15 городах, но обслуживали они дома лишь в кварталах, населенных буржуазией.

За годы советской власти темпы строительства водоотводящих систем резко возросли: в 1967 г. число городов и поселков, имеющих водоотводящие системы, по сравнению с 1917 г. возросло более чем в 50 раз, а пропуск сточных вод по городским водоотводящим сетям вырос в 35 раз. За последние 10 лет введено в эксплуатацию свыше 20 тыс. очистных и других водоохранных сооружений. В ближайшие годы будет полностью прекращен сброс неочищенных сточных вод в водоёмы.

КПСС и Советское правительство уделяют большое внимание повышению народного благосостояния и жилищному строительству. В текущей пятилетке будет построено жилых домов общей площадью 530-540 мл. м2. Они будут обладать высоким уровнем санитарно-технического благоустройства - оборудованы внутренними системами водоснабжения и водоотведения, как правило, будет обеспечиваться и подача в них горячей воды, то приведет к резкому увеличению сброса сточных вод. В двенадцатой пятилетке будет обеспечен высокий рост промышленного производства, в том числе за счет реконструкции и строительства новых промышленных предприятий. Это сопряжено с увеличением как потребления воды, так и сброса сточных вод. Для обеспечения современного санитарного уровня жизни и условий труда строящиеся города и промышленные предприятия обеспечиваются современными водоотводящими сетями.

В нашей стране уделяется огромное внимание охране окружающей природной среды, в том числе водоемов (рек, озер и морей), от загрязнений. В целях упорядочения строительства очистных станций и охраны водоемов от загрязнений Верховным Советом СССР в 1970 г. бал принят закон «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик». В статье 10 этого закона сказано о запрещении ввода в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, цехов, агрегатов, коммунальных и других объектов, не обеспеченных устройствами, предотвращающими загрязнение и засорение вод или их вредное воздействие. Основные принципы охраны природы закреплены статьей 18 Конституции СССР, в которой указывается на необходимость принятия мер для охраны и рационального использования водных ресурсов и сохранения в чистоте воды.

В 1978 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов». Важное практическое значение имеют постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР по вопросам охраны от загрязнения важнейших водных бассейнов нашей страны: рек Волги и Урала (1972 г.) Черного и Азовского морей (1976 г.), Балтийского моря (1976 г.), Каспийского моря (1968 и 1977 гг.) и др.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года сказано о необходимости более рационального использования водных ресурсов, повышении эффективности работы очистных сооружений и установок и расширении использования очищенных сточных и рудничных вод для орошения и других нужд народного хозяйства.

Коренным вопросом экономической политики Коммунистической партии Советского Союза является ускорение научно-технического прогресса, чему было посвящено совещание, проведенное в ЦК КПСС в июне 1985 г. Одним из основных направлений научно-технического прогресса является создание малоотходных и безотходных технологических процессов. В области очистки сточных вод таким направлением является разработка систем водоотведения с минимальным сбросом сточных вод в водоем или без сброса - бессточных. Предпосылками для успешного решения названных задач при строительстве водоотводящих систем является наличие высококвалифицированных инженерных кадров, специализированных проектных и строительных организаций, а также предприятий строительной индустрии, выпускающих строительные материалы, детали и конструкции, необходимые для устройства водоотводящих систем.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГИДРАВЛИКА,

ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ

Издание третье, переработанное и дополненное

Допущено

Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

В.И. Калицун, В.С.Кедров,

Ю.М.Ласков, П.В.Сафонов

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1980

Раздел I. ГИДРАВЛИКА

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ГИДРАВЛИКИ

Глава 2. ГИДРОСТАТИКА

§3. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА. УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЖИДКОСТИ

§9. ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ. ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ. ЭПЮРА ДАВЛЕНИЯ

§10. ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

§12. ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ЛИНИЯ ТОКА. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СТРУЙКА И ПОТОК

§14. УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ ПОТОКА

§16. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

§17. УРАВНЕНИЕ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Глава 6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

§18. ВИДЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ (ПОТЕРЬ НАПОРА)

§19. ДВА РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

§20. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ И ПОТЕРИ НАПОРА ПРИ ЛАМИНАРНОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ТРУБАХ

§21. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ТРУБАХ

§22. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПО ДЛИНЕ

§23. ПОТЕРИ НАПОРА В МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

§24. ОБЩИЕ ПОТЕРИ НАПОРА

Глава 7. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ, ЧЕРЕЗ НАСАДКИ И ВОДОСЛИВЫ

§25. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ МАЛОГО ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ НАПОРЕ

§26. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ МАЛОГО ОТВЕРСТИЯ В ТОНКОЙ СТЕНКЕ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ НАПОРЕ

§27. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НАСАДКИ

§28. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ВОДОСЛИВЫ

Глава 8. РАСЧЕТ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

§29. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

§30. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ

§31. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОСТЫХ КОРОТКИХ И ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

§32. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ

§33. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ

§34. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ РАВНОМЕРНОЙ РАЗДАЧЕ РАСХОДА ПО ПУТИ

§35. ГИДРОТРАНСПОРТ

§36. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБАХ

Глава 9. РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ жидкость водослив трубопровод грунтовый

§37. ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ. РАСЧЕТНАЯ ФОРМУЛА

§38. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ШЕЗИ С

§39. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ПО СЕЧЕНИЮ ПОТОКА. ДОПУСТИМЫЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

§40. ГИДРАВЛИЧЕСКИ НАИВЫГОДНЕЙШЕЕ СЕЧЕНИЕ КАНАЛА

§41. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАНАЛОВ

§42. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБ

Глава 10. ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД

§43. ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В ГРУНТАХ

§44. ЗАКОН ФИЛЬТРАЦИИ

§45. ПРИТОК ГРУНТОВЫХ ВОД К СКВАЖИНАМ

Раздел I. ГИДРАВЛИКА

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ГИДРАВЛИКИ

Гидравлика - наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и рассматривающая способы приложения этих законов к решению конкретных практических задач. Гидравлика составляет основу многих инженерных расчетов при конструировании специальных сооружений (плотин, сетей, отстойников, фильтров и т. п.).

Начало развития гидравлики относится к античному периоду. Еще за 250 лет до н. э. появился трактат Архимеда «О плавающих телах», где был сформулирован закон о воздействии воды на погруженное в нее тело.

Особое развитие гидравлика как наука получила в XV-XVII вв. Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.) написал труд «О движении и измерении воды». В 1612 г. Г. Галилей теоретически подтвердил закон Архимеда. В 1643 г. Э. Торричелли установил закон истечения жидкости из отверстия. В 1650 г. Б. Паскаль сформулировал закон о передаче жидкостью давления. В 1687 г. И. Ньютон предложил гипотезу о законе внутреннего трения в движущейся жидкости и дал понятие о вязкости жидкости.

Дальнейшее развитие гидравлики связано с именами русских ученых - М.В. Ломоносова, Д. Бернулли и Л. Эйлера, установивших основные законы гидродинамики. Инженерное применение теоретических основ гидродинамики получило отражение в работах таких ученых, как А. Шези (движение жидкости в каналах и трубах). Д. Вентури (истечение из отверстий), Дарси (напорное движение воды в трубах), О. Рейнольдc (режимы движения жидкостей в трубах) и др.

Широко известны работы Н.Е. Жуковского (1847-1921 гг.), создавшего теорию гидравлического удара в водопроводе, Н.П. Петрова (1836-1920 гг.), разработавшего гидродинамическую теорию смазки, и И.С. Громека (1851 -1889 гг.), получившего уравнения вихревого движения жидкости.

Большой вклад в развитие гидравлики внесли советские ученые: Н.Н. Павловский, А.Н. Колмогоров, С.А. Христианович, М.А. Великанов, А.Я Милович и многие другие.

Гидравлика как прикладная инженерная наука необходима для расчетов при проектировании сети и сооружений систем водоснабжения, канализации, осушения и орошения, гидротехнических сооружений, мостов, для расчета транспортирования строительных растворов по трубам, конструирования насосов, компрессоров и т. п.

§2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чет обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и т. п., а к газообразным - все газы. Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости - несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.

К основным физическим свойствам жидкости относят удельный вес, плотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость.

Удельный вес жидкости г представляет собой вес единицы ее объема:

, (1)

где G - вес жидкости; V - ее объем.

Плотность жидкости - масса единицы ее объема:

, (2)

где т - масса жидкости в объеме V .

Плотность жидкости измеряют в килограммах на кубический метр (кг/м 3).

Из физики известно, что вес G тела равен произведению его массы т на ускорение свободного падения g , т. е. G = т g . Тогда можно написать , а подставив значение т из этого выражения в формулу плотности, получим другое выражение для плотности жидкости:

(3)

Сжимаемость жидкости есть ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия , выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления р на единицу:

(4)

Коэффициент объемного сжатия воды при изменении давления с 0,1 до 50 МПа практически остается тем же. В связи с этим при решении многих практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.

Величина, обратная коэффициенту в v , называется модулем упругости . Модуль упругости измеряется в паскалях (Па).

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения , который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры t на 1° С:

(5)

В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4°С уменьшается. При 4°С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Коэффициент воды увеличивается с возрастанием давления при повышении ее температуры от 0 до 50°С и уменьшается с возрастанием давления при дальнейшем повышении ее температуры. Однако в расчетах многих сооружений при незначительном изменении температуры воды и давления изменением коэффициента можно пренебречь.

Вязкость жидкости - это ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев частиц жидкости, называют силами внутреннего трения или силами вязкости.

Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости, если же жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю.

Еще в начале XVIII в. И. Ньютон высказал гипотезу о том, что силы внутреннего трения между частицами жидкости прямо пропорциональны скорости относительного движения и площади поверхности соприкасающихся слоев:

, (6)

где [ - коэффициент внутреннего трения или динамическая вязкость; S - площадь поверхности соприкасающихся слоев; - градиент скорости перемещения слоев, т. е. изменение скорости при переходе от слоя к слою на единицу расстояния между осями этих слоев; т - касательное напряжение.

Из формулы (6) видно, что

(7)

Единицей динамической вязкости в системе СИ служит паскаль-секунда:

За единицу вязкости в системе СГС был принят пуаз (П); 1 П = -0,1 Па·с.

Для решения практических задач используют кинематическую вязкость жидкости, представляющую собой отношение динамической вязкости , к плотности жидкости:

(8)

За единицу кинематической вязкости в системе СИ принят квадратный метр на секунду (м 2 /с). В системе СГС за единицу кинематической вязкости был принят стокc (Ст), равный 1 см 2 /с.

С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается, оставаясь почти постоянной с изменением давления.

Измеряют вязкость жидкости приборами, называемыми вискозиметрами.

Глава 2. ГИДРОСТАТИКА

§3. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА. УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЖИДКОСТИ

Гидростатика - раздел гидравлики, изучающий законы равновесия покоящейся жидкости.

Жидкость, находящаяся в покое, подвергается действию внешних сил двух категорий: массовых и поверхностных. К массовым относятся силы, пропорциональные массе жидкости (сила тяжести, сила инерции). К поверхностным относятся силы, распределенные по поверхности, ограничивающей любой мысленно выделенный объем жидкости, и пропорциональные площади этой поверхности (сила давления, центробежная сила).

Под действием внешних сил в каждой точке жидкости возникают внутренние силы, характеризующие ее напряженное состояние (давление в точке).

Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости (рис. I.2). Мысленно разделим этот объем на две части произвольной плоскостью АВС D и отбросим верхнюю часть. Для сохранения равновесия нижней части к плоскости АВС D необходимо приложить силы, заменяющие действие верхней части объема жидкости на нижнюю.

Возьмем на плоскости АВС D произвольную точку а и выделим около нее малую площадку. В центре этой площадки действует сила P , представляющая собой равнодействующую сил, приложенных к различным точкам площадки. Если значение силы P разделить на площадь, то получим среднее значение давления на единицу площади:

(9)

В гидравлике силу P называют суммарной силой гидростатического давления, а отношение - средним гидростатическим давлением.

Если уменьшать площадку, то среднее гидростатическое давление будет стремиться к некоторому пределу, выражающему гидростатическое давление в точке:

. (10)

Иначе говоря, гидростатическое давление в точке является пределом отношения силы давления, действующей на элементарную площадку, к ее площади, если она стремится к нулю.

Гидростатическое давление измеряется в единицах силы, деленных на единицу площади. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па) - равномерно распределенное давление, при котором на площадь 1 м 2 действует сила 1 Н.

Гидростатическое давление обладает двумя свойствами.

1. Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует. Это свойство доказывается от противного.

Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости, внутри которого проведена поверхность КК (рис. 1.3). Возьмем на этой поверхности произвольную точку А. Предположим, что гидростатическое давление в точке А направлено не по нормали, а под углом к поверхности. В этом случае гидростатическое давление р можно разложить на две составляющие: нормальную р п и касательную к поверхности КК- Однако, если бы существовала касательная составляющая гидростатического давления то частицы жидкости вышли бы из равновесия и жидкость не находилась бы в покое. Следовательно, касательная составляющая должна быть равна нулю, а гидростатическое давление будет направлено перпендикулярно поверхности.

Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней

нормали. Если бы оно было направлено по внешней нормали, как это показано на рис. I.3 в точке В, то, поскольку жидкость не оказывает сопротивления растягивающим напряжениям, частицы ее должны были бы прийти в движение, что противоречит принятому условию о нахождении жидкости в покое.

Рис. 1 Схема к доказательству второго свойства гидростатического давления

2. Гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям, т. е. не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует.

Выделим в объеме жидкости, находящейся в покое, точку А как начало координат и вершину тетраэдра, имеющего грани площадью , , и (рис. I.4). На грани тетраэдра действуют силы гидростатического давления , , и , где , , ; и - средние гидростатические давления, действующие на грани.

Кроме сил давления на тетраэдр действует сила тяжести G, проекция которой на ось х, а также на ось у равна нулю, а на ось z составляет , т. е. очень мала и ею можно пренебречь.

Тетраэдр будет находиться в покое, если суммы проекций все-: действующих сил на оси координат будут равны нулю. Уравнение равновесия по оси х будет иметь следующий вид:

(11)

у и z.

Проекции площади на координатные плоскости yAz , хА z и хАу составляют:

; ; . (12)

Если сделать замену, то уравнение равновесия по оси х будет иметь следующий вид:

(13)

аналогичны уравнения равновесия по осям у и z .

Рис. 2 Схема к выводу уравнений равновесия жидкости

После сокращения получим р х = р п ; р у = р n ; р z = р п или

(13)

Это равенство доказывает второе свойство гидростатического давления.

Для вывода уравнений равновесия жидкости выделим в покоящейся жидкости бесконечно малый прямоугольный параллелепипед с ребрами d х, d у и dz (рис. 2). На параллелепипед действуют силы гидростатического давления и массовые силы. На грани площадью d у dz будут действовать средние гидростатические давления

p x и (14)

где - частная производная р х по х, характеризующая изменение давления на единицу длины в направлении оси х, т. е. приращение среднего давления р х на длине d х. На другие грани, по аналогии, будут действовать средние гидростатические давления:

p y и p z и

Равнодействующую массовых сил обозначим G, а ее проекции на координатные оси, отнесенные к единице массы, обозначим X, У и Z. Сумма проекций всех сил на ось х имеет вид:

(15)

Проекции на оси у и z имеют аналогичный вид.

После преобразования запишем: - др х /дх + Х с = 0, а разделив обе части равенства на плотность жидкости с, получим уравнения равновесия жидкости в общем виде:

(16)

Эти уравнения выражают закон распределения гидростатического давления. Приведем их к виду, удобному для интегрирования. Умножив каждое соответственно на dх, dу и dz и сложив вместе, получим:

(17)

Выражение в скобках есть полный дифференциал гидростатического давления р, т. е.

(18)

При с = const правая часть уравнения является тоже полным дифференциалом функции U=f(x,y,z), частные производные которой будут Функцию U называют потенциалом сил, необходимым для сохранения равновесия жидкости. Силами, имеющими потенциал, являются сила инерции и сила тяжести.

Если в выражение (1.6) подставить значения X, У и Z, то получим

или (19)

Интегрируя это уравнение, запишем

, (20)

где С - постоянная интегрирования.

Если известны давление р 0 и потенциальная функция U 0 для точки жидкости, то уравнение принимает вид:

(21)

Из уравнений (20) и (21) находим

(22)

§4. ПОВЕРХНОСТИ РАВНОГО ДАВЛЕНИЯ. СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Поверхностью равного давления или поверхностью уровня называют поверхность, во всех точках которой гидростатическое давление имеет одинаковое значение (на границе раздела жидкости с газом эту поверхность называют свободной). На поверхности равного давления р = const, а dр = 0, следовательно,

(23)

Возможны три характерных положения свободной поверхности жидкости, находящейся под действием силы тяжести и силы инерции.

Если покоящаяся жидкость находится под действием только силы тяжести G, то проекции ее на оси координат будут: X = 0; Y = 0; Z. = g. Тогда дифференциальное уравнение равновесия запишется так: gdz = 0. Интегрируя, получим z = const, значит, свободная поверхность жидкости, находящейся под действием только силы тяжести G, есть горизонтальная плоскость.

Если жидкость заключена в цистерне, которая движется прямолинейно с постоянным ускорением j, то она находится в относительном покое, т. е. не перемещается относительно цистерны. На жидкость будут действовать сила тяжести g и сила инерции j.

Проекции единичных массовых сил на оси координат равны: X = - j, У = 0 и Z = g. Тогда дифференциальное уравнение равновесия примет вид: - jdх + gdz = 0 , откуда z = (j/g) х + С (уравнение наклонной плоскости). Отсюда можно заключить, что свободная поверхность жидкости, находящейся под действием силы тяжести и силы инерции, наклонена к горизонту под углом = arc tg (j/g).

3. Если жидкость заключена в сосуде, который вращается вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью щ, то она находится в относительном покое и, следовательно, можно применить уравнение равновесия. На жидкость действуют сила тяжести G с проекциями на оси координат: Х=0, У=0 и Z=g и центробежная сила инерции с проекциями: и

Уравнение равновесия будет иметь следующий вид:

(24)

Интегрируя, получим:

(25)

На свободной поверхности (при р = р 0) имеем: х = 0, у = 0, z = 0 и С = р 0 . Тогда уравнение равновесия примет вид:

или (26)

где - радиус точек свободной поверхности жидкости во вращающемся сосуде, имеющей вид параболоида вращения вокруг оси z.

§5. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ

Рассмотрим жидкость, находящуюся в покое, и определим гидростатическое давление р в точке А на бесконечно малой площадке dщ, расположенной на глубине h от свободной поверхности жидкости и параллельной ей (рис. 3).

Рис. 3 Схема к выводу основного уравнения гидростатики

Выделим над этой площадкой некоторый цилиндрический объем жидкости, заменив действие окружающей его среды силами давления на свободную поверхность p 0 dщ , на нижнее основание цилиндра pdщ и на его боковую поверхность. Силы давления жидкости на боковую поверхность цилиндра взаимно уравновешиваются. На выделенный объем действует также массовая сила - вес G = гhdщ. Так как цилиндр находится в равносии, то сумма проекций всех сил на ось z будет равна нулю:

Сократив члены этого уравнения на dщ и перегруппировав их, получим основное уравнение гидростатики

. (27)

Если в уравнении (1.9) заменить h на z 0 - z (см. рис. 1.6), то получим откуда при р0 = const и z0 = const имеем:

другая форма записи основного уравнения гидростатики.

Анализ уравнения (27) показывает, что давление, приложенное к свободной поверхности жидкости, передается во все точки жидкости без изменения. Это положение называется законом Паскаля. Из него следует, что сила давления на площадку внутри жидкости пропорциональна площади этой площадки:

, (28)

где P 1 , и Р 2 - силы давления на площадки F 1 и F 2

§6. АБСОЛЮТНОЕ И МАНОМЕТРИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ. ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА. ВАКУУМ

Абсолютное, или полное, гидростатическое давление состоит из внешнего давления на свободную поверхность жидкости и манометрического (избыточного) давления, которое создает слой воды над рассматриваемой точкой А (рис. 4).

Рис. 4 Схема установки пьезометра Рис. 5 Схема установки вакуумметра

В открытом сосуде на свободную поверхность жидкости действует атмосферное или барометрическое (зависящее от высоты над уровнем моря) давление. Обозначим атмосферное давление, а манометрическое, тогда абсолютное давление. Следовательно, основное уравнение гидростатики можно записать так:

(29)

Из рис. 4 видно, что в закрытом сосуде, а с другой стороны, следовательно, откуда можно записать

. (30)

Величина hp - пьезометрическая высота, показывающая избыточное давление в точке, где присоединена трубка (пьезометр). В открытом сосуде hp = h, так как, т. е. пьезометрическая высота будет равна глубине погружения точки А в жидкость. Высоту поднятия воды в пьезометре относительно плоскости отсчета OO называют пьезометрическим напором H p . Для закрытого сосуда:

. (31)

Давление на жидкость ниже атмосферного называется вакуумом, т. е. вакуум - это недостаток давления до атмосферного:

Для измерения вакуума используют вакуумметр (рис. 5). В связи с тем, что, жидкость поднимается в трубке из сосуда B на высоту hвак . По уравнению напишем:

откуда

(32)

§7. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Для измерения давления применяют пьезометры, жидкостные и механические манометры и вакуумметры.

Пьезометр (см. рис. 4) представляет собой открытую сверху стеклянную трубку диаметром 5-12 мм, помещенную на измерительной шкале и соединенную нижним концом с той областью, где требуется измерить давление. Жидкость в пьезометре поднимается на высоту hp под действием давления на свободной поверхности жидкости и веса столба жидкости высотой h .

Избыточное гидростатическое давление в точке установки пьезометра откуда

(33)

Абсолютное гидростатическое давление.

Внешнее давление, действующее на поверхность жидкости в закрытом резервуаре, , откуда

(34)

Пьезометрическую высоту измеряют в метрах столба жидкости. Длина трубки пьезометра обычно не превышает 3-4 м.

Жидкостные манометры отличаются от пьезометров тем, что в них используется жидкость с определенным удельным весом (вода, спирт, ртуть и др.).

Простейшим является U-образный ртутный манометр. Высота трубки уменьшается по сравнению с трубкой обычного пьезометра в 13,6 раза, так как удельный вес ртути примерно в 13,6 раза больше удельного веса воды.

Абсолютное гидростатическое давление для сечения FF будет равно:

, (35)

где рт - удельный вес ртути, равный; h p - разность уровней ртути в левом и правом коленах U-образной трубки.

Абсолютное гидростатическое давление в закрытом сосуде в точке присоединения манометра будет

(36)

Применяют манометры и микроманометры. Более совершенным типом манометров являются дифференциальные манометры, служащие для определения разности давлений в двух точках.

Механические манометры (пружинные и мембранные) применяют для измерения значительного давления: пружинные - давления до 10 9 Па, мембранные - давления до 29·10 5 Па. В пружинных манометрах давление передается на пружину, к которой присоединена стрелка, указывающая на измерительной шкале значение давления.

Вакуумметры (как и манометры) бывают жидкостными (см. рис. 5) и механическими. Конструкция и принцип действия их аналогичны конструкции и принципу действия манометров.

§8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

В основу принципа действия многих гидравлических машин положены законы гидравлики. Одним из наиболее широко применяемых в технике законов является закон Паскаля.

Гидравлический пресс (рис. 6) состоит из двух сообщающихся камер, в которых установлены поршни П 1 и П 2 площадью и, и щ 2 - После заполнения камер жидкостью (обычно техническим маслом) к поршнюП 1 прикладывают силу Р 1 . Тогда под поршнем П 1 в меньшей камере возникает гидростатическое давление р 1 = = р 1 ,/щ 1

Рис. 6 Схема гидравлического пресса

которое по закону Паскаля передается на площадь основания большего поршня П 2 . Гидростатическое давление, будучи направлено нормально к поверхности основания поршня, создает силу

, (37)

которая будет сжимать тело, помещенное между поршнем П 2 и неподвижным горизонтальным упором. Таким образом, сила давления Р 1 приложенная к малому поршню П 1 создает сжимающую силу Р 2 , превышающую силу Р 1 , во столько раз, во сколько площадь щ 2 больше площади щ 1 .

Гидравлический домкрат . Подъемы больших грузов на малую высоту можно легко осуществлять с применением гидравлических домкратов. Гидравлический домкрат состоит из цилиндра (сосуда) с большим поршнем и насоса с малым поршнем, который нагнетает в сосуд жидкость. Поршневой насос приводится в действие рычажным устройством. Давление поршня насоса передается жидкостью на большой поршень с. грузом, вес которого во много раз превышает силу давления поршня насоса. В этом и состоит принцип работы гидравлического домкрата, который с успехом применяют в бульдозерах, канавокопателях, автокранах и в других строительных машинах.

Глава 3. ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКИЕ И КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

§9. ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА ПЛОСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ. ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ. ЭПЮРА ДАВЛЕНИЯ

Предположим, что необходимо определить силу полного гидростатического давления, действующего на плоскую прямоугольную фигуру АВ площадью щ, взятую на стенке ВО, наклоненной к горизонту под углом (рис. 7). Проекцию фигуры АВ на плоскость чертежа примем за ось координат у.

Рис. 7 Схема давления жидкости на плоскую фигуру

Продолжим линию AВ до пересечения с уровнем свободной поверхности жидкости в точке О, которую будем считать за начало координат. Линия Ох, перпендикулярная направлению АВ, будет в нашей системе осью х. Мысленно повернув фигуру А В вокруг оси у до совмещения с плоскостью чертежа, выделим на площади со бесконечно малую полоску шириной d у. Эта полоска, погруженная в жидкость на глубину h , находится на расстоянии у от оси х и имеет бесконечно малую площадь dщ .

Элементарная сила абсолютного гидростатического давления, действующего на рассматриваемую полоску, будет равна:

(38)

Из треугольника ОМ N , у которого сторона МN равна h , а сторона N0 равна у, находим: h = у sin . Тогда

(39)

Проинтегрировав это выражение по площади щ, получим силу полного абсолютного гидростатического давления, действующего на плоскую фигуру А В:

(40)

Интеграл выражает статический момент площади фигуры AВ относительно оси х, т. е. . Расстояние у c . от центра

тяжести до оси х находим из треугольника ОМ С N c . (см. рис. 7): . Здесь h c - глубина погружения центра тяжести площади щ в жидкость. Следовательно,

(41)

Таким образом, сила полного гидростатического давления на плоскую фигуру равна абсолютному гидростатическому давлению в центре тяжести этой фигуры р c , умноженному на площадь фигуры щ .

В открытом резервуаре, где р 0 = р атм, сила полного гидростатического давления, действующего на плоскую фигуру, равна произведению площади фигуры ни избыточное гидростатическое давление в ее центре тяжести.

Центром давления называется точка приложения силы избыточного гидростатического давления. Для нахождения ординаты центра давления у Д воспользуемся свойством момента равнодействующей, который относительно любой оси должен быть равен сумме элементарных моментов составляющих ее сил относительно той же оси (теорема Вариньона),т.е. . На основании упомянутой теоремы напишем , откуда .

Известно, что элементарная сила избыточного давления определяется как, а равнодействующая этих сил. Тогда значение ординаты центра давления у Д будет равно:

, (42)

где, как известно, есть момент инерции I , фигуры АВ относительно оси x . Применяя для него формулу перехода к оси, проходящей через центр тяжести С, получим:

Тогда

(43)

Из уравнения (43) следует, что центр давления лежит ниже центра тяжести фигуры на расстоянии эксцентриситета

Рис. 8 Эпюры гидростатического давления, действующего на вертикальную стенку

Рис. 9 Эпюры гидростатического давления, действующего на наклонную стенку

1 - абсолютное давление; 1 - 2 - избыточное давление абсолютное давление: 2 - избыточное давление.

Для графического изображения закона изменения гидростатического давления по глубине служат эпюры давления. Площадь эпюры выражает силу давления, а центр тяжести эпюры - это точка, через которую проходит равнодействующая сила давления.

При построении эпюр учитывают, что давление направлено нормально к стенке, а уравнение р = р 0 + у h , характеризующее распределение гидростатического давления по глубине, является уравнением прямой.

На рис. 8 показаны эпюры гидростатического давления (абсолютного и избыточного), действующего на вертикальную плоскую стенку АВ. Для их построения достаточно отложить в выбранном масштабе гидростатическое давление по горизонтальному направлению, совпадающему с направлением гидростатического давления, на поверхности жидкости и у дна, соединив концы этих отрезков прямой линией. Из рассмотрения рис. 8следует, что эпюра абсолютного гидростатического давления представляет собой трапецию, а эпюра избыточного гидростатического давления - треугольник.

Если плоская стенка АВ, на которую действует жидкость, наклонена к горизонту под углом а (рис. 9), то основное уравнение гидростатики принимает следующий вид:

(44)

Таким образом, при наклонной стенке эпюры абсолютного и избыточного гидростатического давления представляют собой соответственно наклонную трапецию и наклонный треугольник.

Рассмотрим теперь эпюру избыточного гидростатического давления для вертикальной плоской стенки АВ, подверженной действию воды с двух сторон (рис. 1.14). В данном случае на вертикальную стенку будут действовать параллельные и противоположно направленные силы гидростатического давления, поэтому силы, действующие справа налево, будут вычитаться из сил, действующих слева направо. Получающаяся в результате эпюра ОМ N В представляет собой вертикальную трапецию.

Рис. 10 Эпюра гидростатического давления, действующего на вертикальную стенку с двух сторон

Эпюра гидростатического давления на горизонтальное дно резервуара представляет собой прямоугольник, так как при постоянной глубине к избыточное гидростатическое давление на дно является постоянным.

§ 10. ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Рассмотрим действие избыточного гидростатического давления на криволинейную поверхность АВ (рис. 1.15). Выделим на этой поверхности бесконечно малую площадку, центр тяжести которой погружен в жидкость на глубину h . На эту элементарную площадку нормально к криволинейной поверхности будет действовать сила избыточного гидростатического давления, которую можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие, т. е. на силы d Р х и d Р z .

Предположим, что элементарная сила d Р наклонена к горизонту под углом а. Тогда выражения для составляющих сил d Р х и d Р z могут быть записаны следующим образом:

и. (45)

Из рассмотрения рис. 1.15 можно установить, что величина является проекцией на вертикальную плоскость, т. е. . Следовательно, . Тогда

(46)

Здесь интеграл является статическим моментом всей

площади вертикальной проекции криволинейной поверхности относительно свободной поверхности жидкости. Этот статический момент равен произведению. на глубину погружения центра ее тяжести h c , т. е.

Рис. 11 Схема давления жидкости на криволинейную поверхность

Таким образом, горизонтальная составляющая полной силы избыточного гидростатического давления, действующего на криволинейную поверхность, равна силе гидростатического давления, под воздействием которого находится вертикальная стенка, равная по площади вертикальной проекции рассматриваемой криволинейной поверхности:

Величина этой составляющей может быть выражена площадью
эпюры гидростатического давления СЕЕ".

Величина является проекцией на горизонтальную плоскость, т. е.. Очевидно, что выражение представляет собой объем dV призмы, отмеченной на рис. 1.15 штриховкой. Произведение же является весом жидкости в этом бесконечно малом объеме, т. е.

.

Тогда вертикальная составляющая полной силы избыточного гидростатического давления будет равна:

. (47)

Объем V , являющийся суммой элементарных объемов, называется телом давления. Таким образом, тело давления - это объем АВВ". Следовательно, вертикальная составляющая полной силы избыточного гидростатического давления, действующего на криволинейную поверхность, равна весу жидкости в объеме тела давления.

Полная сила избыточного гидростатического давления, являющаяся равнодействующей ее составляющих Р х и Р z , определится зависимостью

(48)

а ее направление - углом, который может быть определен из выражения

. (49)

Как следует из предыдущего изложения, полная сила избыточного гидростатического давления Р приложена в центре давления. В рассматриваемом случае центр давления будет расположен в точке пересечения вектора полной силы давления с криволинейной поверхностью A В (точка D ). Вектор полной силы давления Р должен проходить через точку пересечения ее горизонтальной и вертикальной составляющих под углом . Центр давления для криволинейных поверхностей находится графоаналитическим путем.

§11. ПЛАВАНИЕ ТЕЛ В ЖИДКОСТИ. ЗАКОН АРХИМЕДА

Рассмотрим тело АВ, погруженное в жидкость (рис. 12). Предположим, что это тело состоит из элементарных вертикальных цилиндров, имеющих бесконечно малую площадь поперечного сечения На каждый из таких цилиндров будут действовать элементарные силы гидростатического давления: сверху, а снизу. Поскольку , очевидно, что элементарные цилиндры будут находиться под действием подъемной элементарной силы

(50)

Суммируя элементарные подъемные силы, получаем полную подъемную силу Р П . Из зависимости (50) следует, что подъемная сила Р П равна весу жидкости, вытесненной погруженным в нее телом, и направлена по вертикали снизу вверх. Это положение носит название закона Архимеда. На этом законе основана теория плавания тел. Подъемная сила приложена в центре погруженной части тела, называемом центром водоизмещения.

В теории плавания тел используют два понятия: плавучесть и остойчивость. Плавучесть - это способность тела плавать. Остойчивость - способность плавающего тела восстанавливать нарушенное при крене равновесие после устранения сил, вызвавших крен.

Плавучесть тела. В зависимости от соотношения между весом плавающего тела G и подъемной силой Р П возможны три состояния тела, погруженного в жидкость:

G > Р П - тело тонет;

G< Р П - тело плавает в полупогруженном состоянии;

G = Р П - тело плавает в погруженном состоянии.

В первом случае тело тонет, так как равнодействующая сил G и Р П направлена вниз. Во втором случае равнодействующая сил G и Р П направлена вверх, поэтому тело всплывает. Однако оно поднимается над поверхностью воды лишь до тех пор, пока новая, уменьшенная подъемная сила Р" П не будет равна весу тела G (G =Р П ). В третьем случае, когда G = Р П , тело может находиться в устойчивом, неустойчивом или безразличном равновесии. Для обеспечения равновесия плавающего тела его центр тяжести и центр водоизмещения должны лежать на одной вертикали.

Рис.13 Схема крена тела

Рис. 12 Схема действия сил на тело, погруженное в жидкость

Остойчивость плавающего тела. При воздействии на плавающее тело внешних сил, например, ветра, крутого поворота, оно будет отклоняться от положения равновесия (давать крен).

Если центр тяжести C расположен ниже центра водоизмещения D, появляющаяся при крене пара сил противодействует ему, и после прекращения воздействия внешних сил тело принимает прежнее положение. Такое расположение центров соответствует остойчивому плаванию. Если центр тяжести С расположен выше центра водоизмещения D , плавание будет неостойчивым, так как, будучи выведено из состояния равновесия, такое тело уже не способно возвратиться в первоначальное положение, а наоборот, будет все более от него отклоняться. Наконец, при совпадении центров С и D тело будет находиться в состоянии безразличного равновесия.

Способность тела плавать в полупогруженном состоянии называют плавучестью. Для обеспечения плавучести должно соблюдаться равенство:

где G - вес воды; г в - удельный вес воды; V - объем вытесненной телом воды.

Вертикальную ось, нормальную к плоскости плавания (плоскости, ограниченной ватерлинией) и проходящую через центр тяжести тела, называют осью плавания. Точку пересечения оси плавания с направлением подъемной силы при малом крене называют метацентром (точка М на рис. 1.17).

Расстояние от метацентра М до центра тяжести тела С называют метацентрической высотой h м .

При h м > 0 положение тела будет остойчивым, при h м < 0 положение тела будет неостойчивым и при h м = 0 тело будет находиться в состоянии безразличного равновесия.

Глава 4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГИДРОДИНАМИКИ

§12. ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ЛИНИЯ ТОКА. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СТРУЙКА И ПОТОК

Основная задача гидродинамики. Гидродинамика рассматривает законы движения жидкостей. Параметры, характеризующие движение, - скорость и давление - изменяются в потоке жидкости в пространстве и во времени. Основная задача гидродинамики состоит в исследовании изменения этих параметров в потоке жидкости, т. е. в нахождении вида функций

(51)

, (52)

где и и р - скорость и давление в рассматриваемой точке; х; у, z - координаты этой точки; t - время.

Установившееся и неустановившееся движение .

Установившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость потока и давление в любой его точке не изменяются с течением времени и зависят только от ее положения в потоке, т. е. являются функциями ее координат. Примерами установившегося движения могут служить истечение жидкости из отверстия резервуара при постоянном напоре, а также поток воды в канале при неизменном его сечении и постоянной глубине.

Неустановившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость движения и давление в каждой данной точке изменяются с течением времени, т. е. являются функциями не только координат, но и времени. Примером неустановившегося движения служит истечение жидкости из отверстия резервуара при переменном напоре. В этом случае в каждой точке сечения струи, вытекающей из отверстия, скорость движения и давление изменяютсл во времени.

Линия тока . В точках 1, 2, 3 и т. д. потока, взятых на расстоянии?S друг от друга, проведем векторы и 1 , и 2 , и 3 , показывающие значение и направление скоростей движения частиц жидкости в данный момент времени (рис. 13). Получим ломаную линию 1 -2 - 3 и т. д. Если уменьшить длину отрезков?S, то в пределе ломаная линия станет кривой.

Рис. 13 Схематическое изображение линии тока в потоке

Эта кривая, называемая линией тока, характеризуется тем, что в данный момент времени во всех ее точках векторы скоростей будут касательными к ней.

Элементарная струйка. Если в движущейся жидкости выделить бесконечно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, соответствующие данному моменту времени, получится как бы трубчатая непроницаемая поверхность, называемая трубкой тока.

Масса жидкости, движущейся внутри трубки тока, образует элементарную струйку.

Поток. Совокупность элементарных струек, представляющая собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению, образует поток жидкости. Поток может быть полностью или частично ограничен твердыми стенками, например в трубопроводе или канале, и может быть свободным, например струя, выходящая из сопла гидромонитора.

§13. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОТОКА. РАВНОМЕРНОЕ И НЕРАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ. НАПОРНЫЙ И БЕЗНАПОРНЫЙ ПОТОК

Живым сечением потока щ называют поперечное сечение потока, перпендикулярное его направлению.

Расходом потока Q называют объем жидкости, проходящей в единицу времени через живое сечение потока. Расход жидкости измеряют в м 3 /с или в л/с. Иногда пользуются понятием весового расхода G , под которым подразумевают вес жидкости, проходящей в единицу времени через сечение потока. Между весовым и объемным расходами существует такая зависимость:

(53)

где г - удельный вес жидкости.

Смоченным периметром % называют часть периметра живого сечения, на которой жидкость соприкасается с твердыми стенками.

Гидравлическим радиусом R называют отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру:

(54)

Гидравлический радиус измеряют в единицах длины. Средней скоростью потока называют частное от деления расхода потока на площадь его живого сечения, т. е,

. (55)

Следовательно, средняя скорость - это та скорость, которую должны были бы иметь все частицы потока, чтобы через данное живое сечение щ прошел расход Q, соответствующий действительным скоростям этих частиц.

Рис. 15 Условия плавно изменяющегося движения

Равномерным называют такое установившееся движение жидкости, при котором живые сечения и средняя скорость потока не меняются по его длине. Примером равномерного движения служит движение жидкости в цилиндрической трубе или в канале неизменного сечения и постоянной глубины.

Неравномерным называют такое установившееся движение жидкости, при котором живые сечения и средние скорости потока изменяются по его длине. Примером неравномерного движения служит движение жидкости в конической трубе, в естественном русле, на перепаде.

При равномерном движении линии тока представляют собой систему прямых параллельных линий. Такое движение называется также параллельноструйным. При движении жидкости в естественных руслах живое сечение обычно непрерывно изменяется вдоль потока как по форме, так и по площади, и движение жидкости является установившимся неравномерным. Для облегчения изучения такого движения в гидравлике введено понятие плавно изменяющегося движения, которое характеризуется следующими свойствами (рис. 15):

кривизна линий тока в потоке считается весьма незначительной (рис. 1.19, а );

угол расхождения между отдельными линиями тока очень мал (рис. 1.19, б );

живые сечения потока являются плоскими;

давление распределяется по живому сечению по гидростатическому закону, т. е. по закону прямой линии.

Последнее свойство просто обосновывается. Если внутри плавно изменяющегося потока выделить частицу жидкости и спроектировать все действующие на нее силы на плоскость живого сечения, то вследствие того, что скорости и ускорения почти перпендикулярны живому сечению, силы инерции в уравнение равновесия не войдут; в связи с этим уравнение равновесия и закон распределения давления в плоскости живого сечения не будут отличаться от закона распределения давления в жидкости, находящейся в покое.

Напорным называется поток, у которого по всему периметру живого сечения жидкость соприкасается с твердыми стенками. Примером напорного потока может служить движение воды в водопроводных трубах.

Безнапорным называется поток со свободной поверхностью. Примером безнапорного потока служит движение воды в реках, каналах и канализационных трубах.

Глава 5. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

§14. УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ ПОТОКА

Рассмотрим установившееся движение жидкости в жестком русле переменного сечения (рис. 16).

Рис. 16 Схема к выводу уравнения неразрывности потока

Выберем два произвольных сечения I - I и II - II , нормальных к оси потока, и рассмотрим заключенный между ними участок потока. Через сечение I - I за время ? t на этот участок поступит масса жидкости m 1 , а через сечение II-II за это же время выйдет масса жидкости т 2 . Масса т 1 не может быть больше массы т 2 , так как жидкость несжимаема, а стенки русла жесткие. Но масса т 1 не может быть и меньше массы т 2 , так как разрыв в сплошном потоке при установившемся движении невозможен. Следовательно,

т 1 =т 2 = со nst . (56)

Массы жидкости можно выразить в виде объемов, прошедших через сечения I - I и II - II за время ? t :

. (57)

Установки реагентного умягчения воды состоят из устройств для приготовления и дозирования реагентов, смесителя, камер хлопьеобразования, осветлителей или отстойников и фильтров.

, (58)

где с 1 и с 2 - плотность жидкости в сечениях I - I и II - II , На основании выражения (1.33) можем записать

(59)

Для несжимаемой жидкости

.

Следовательно,

(60)

Это уравнение называют уравнением постоянства расхода. Из него следует, что при установившемся движении несжимаемой жидкости расход ее в любом сечении потока постоянен.

Так как, то уравнение (60) может быть записано таким образом:

. (61)

Уравнение (61) называют уравнением неразрывности потока. Оно показывает, что при установившемся движении несжимаемой жидкости произведение площади живого сечения на среднюю скорость потока является постоянной величиной.

Из уравнения (61) можно получить:

. (62)

Следовательно, при установившемся движении жидкости средние скорости потока обратно пропорциональны площадям соответствующих живых сечений.

§15. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ ДЛЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОЛКОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ

Уравнение Бернулли для потока жидкости. Рассмотрим поток жидкости с плавно изменяющимся движением (рис. 1.21). Выберем два произвольных сечения I - I и II - II , нормальных к оси потока, и рассмотрим заключенный между ними участок потока. Обозначим средние скорости потока в этих сечениях х 1 и х 2 ; площади живых сечений щ 1 и щ 2 ; гидродинамические давления в центре тяжести этих сечений р 1 и р 2 , расстояния от произвольно выбранной горизонтальной плоскости OO , называемой плоскостью сравнения, до центров тяжести сечений z 1 и z 2 . Применим к участку потока, заключенному между сечениями I - I и II - II , закон сохранения энергии. За время ? t частицы из сечения I - I перейдут в положение I " - I " , а из сечения II - II в положение II " - II " . При этом будут пройдены пути х 1 ? t и х 2 ? t Через сечение I - I в рассматриваемый участок за время ? t войдет объем жидкости Q 1 ? t , за это же время из этого участка через сечение II-II выйдет объем жидкости Q 2 ? t Найдем количество энергии, внесенной потоком в рассматриваемый участок за время ? t через сечение I - I . Объем жидкости Q 1 ? t обладает массой

...

Подобные документы

Классификация и элементы систем водоснабжения. Система канализации и ее классификация. Условия приема сточных вод в канализационные сети. Расчет эксплуатационных затрат по содержанию водопроводной системы. Определение расчетного расхода сточной жидкости.

курсовая работа , добавлен 02.11.2014


Выбор системы и схемы водоснабжения данного объекта проектирования. Местоположение стояков и магистральных трубопроводов. Счетчики расхода воды. Устройство сетей внутренней хозяйственно-бытовой канализации. Гидравлический расчет дворовой канализации.

курсовая работа , добавлен 09.11.2009


Разработка системы водоснабжения здания: определение мест прокладки стояков и магистральных трубопроводов, расчет направления подачи воды, требуемого напора и повысительных установок. Проектирование внутренней и дворовой канализации, стоковых выпусков.

задача , добавлен 28.09.2011


Расчет расхода методом переменного перепада давления с помощью конденсационных и разделительных сосудов, отстойников, воздухосборников, контрольных, запорных и продувочных вентилей. Определение диаметра нормальной диафрагмы для измерения расхода воды.

курсовая работа , добавлен 23.02.2012


Гидравлика в сооружениях водоснабжения, основы фильтрации, моделирования гидравлических явлений, систем водоотведения. Проведение лабораторного практикума и испытаний на портативных экспериментальных установках, проведение экзамена и тестирований.

учебное пособие , добавлен 16.06.2012


Разработка проекта хозяйственно-питьевой системы водоснабжения с центральным горячим водоснабжением для 10-этажного двухсекционного жилого дома. Гидравлический расчет внутренних сетей. Построение профиля дворовой канализации, определение расходов стоков.

курсовая работа , добавлен 10.02.2014


Проектирование системы внутреннего водоснабжения и водоотведения жилого здания. Выбор места расположения ввода, водомерного узла, насосных установок. Элементы горячего водоснабжения. Гидравлический расчет внутренней сети водопровода и водоотведения.

курсовая работа , добавлен 16.06.2016


Назначение и классификация инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения. Виды и способы подачи воды. Гидравлический расчёт водопроводной сети системы водоснабжения и расхода воды городом на хозяйственные нужды.

контрольная работа , добавлен 11.02.2013


Выбор системы внутреннего водопровода. Конструирование и гидравлический расчет внутреннего водопровода: расстановка стояков, аксонометрическая схема, определение диаметров трубопроводов. Конструирование, гидравлический расчет внутренней канализации.

контрольная работа , добавлен 30.10.2011


Расчет и проектирование системы холодного и горячего водоснабжения, подбор водомера. Определение суммарных потерь напора. Определение расчетных расходов канализации. Расчет стояков и выпусков, противопожарного водопровода и дворовой канализации.

§ 54. Водозаборные скважины

§ 55. Шахтные колодцы

§ 56. Горизонтальные водозаборы и каптажные камеры

§ 58. Водозаборные сооружения берегового типа

§ 59. Водозаборные сооружения руслового типа

§ 60. Специальные водозаборные сооружения

Глава 15. Водоподъемные устройства § 61. Центробежные насосы

§ 62. Воздушные водоподъемники (эрлифты) и гидроэлеваторы

§ 63. Водопроводные насосные станции

Глава 16. Наружная водопроводная сеть § 64. Схемы трассировки водопроводных сетей

§ 65. Формулы для расчета водопроводных сетей

§ 66. Гидравлический расчёт водопроводных сетей

§ 67. Трубы, применяемые для устройства водопровода

§ 68. Арматура водопроводной сети

§ 69. Деталировка сети. Колодцы на сети

§ 7О. Глубина заложения водопроводных линий и особенности их прокладки

§ 71. Приемка водопроводных линий в эксплуатацию

Глава 17. Водонапорные и регулирующие устройства § 72. Водонапорные башни

§ 73. Резервуары

Глава 18. Очистка и обеззараживание воды § 74. Свойства воды и требования, предъявляемые к ее качеству

§ 75. Методы очистки воды

§ 76. Коагулирование и отстаивание воды

§ 77. Фильтрование воды

§ 78. Обеззараживание воды

§ 79. Специальная обработка воды

Раздел III. Канализация Глава 19. Системы канализации и ее схема § 80. Назначение канализации

§ 81. Основные элементы канализации и ее схема

§ 82. Системы канализации

Глава20. Проектирование канализационной сети § 83. Основные данные для проектирования

§ 84. Схемы канализационных сетей

§ 85. Определение расчетных расходов

§ 86. Формулы для гидравлического расчетаканализационной сети

§ 87. Скорости и уклоны

§ 88. Глубина заложения трубопроводовканализационной сети

§ 89. Построение продольного профиля канализационной сети

Глава21. Устройство канализационной сети § 90. Трубы и коллекторы

§ 91. Колодцы на канализационной сети

§ 92. Пересечение трубопроводов канализационных сетейс препятствиями

Глава22. Дождевая канализационная сеть (водостоки} § 93. Устройство и проектирование дождевой сети

§ 94. Расчет дождевой сети

§ 95. Особенности расчета общесплавной системы канализации

Глава23. Перекачка сточных вод § 96. Насосы для перекачки сточных вод

§ 97. Канализационные насосные станции

Глава24. Состав загрязнений и методы очистки сточных вод § 98. Виды и состав загрязнений сточных вод

§ 99. Биохимическая и химическая потребность b кислороде

§ 100. Условия спуска сточных вод в водоемы

§ 101. Методы очистки сточных вод и составочистных сооружений

Глава25. Сооружения механической очистки сточных вод § 102. Решетки

§ 103. Песколовки

§ 104. Отстойники

Глава26. Сооружения для обработки осадка § 105. Септики, двухъярусные отстойникии осветлители-перегниватели

§ 106. Метантенки

§ 107. Иловые площадки

§ 108. Сооружения для механического обезвоживания осадка, его термической сушки и сжигания

Глава27. Сооружения биологической очистки сточных вод § 109. Биологические фильтры

§ 110. Аэротенки

§ 111 Сооружения для предварительной аэрации и биокоагуляции

§ 112. Вторичные отстойники и илоуплотнители

Глава 28. Обеззараживание и спуск очищенных сточных вод в водоемы § 113. Обеззараживание

§ 114. Выпуски очищенных сточных вод в водоем

В. И. Калицун, в.С.Кедров,

Ю.М.Ласков, П.В.Сафонов

ГИДРАВЛИКА,

ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ

Издание третье, переработанное и дополненное

Допущено

Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

Раздел II. ВОДОСНАБЖЕНИЕ 5

Глава 11. СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 5

§ 46. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 5

§ 47. СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 6

Глава 12. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ 9

§ 48. НОРМЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ 9

§49. РЕЖИМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ 11

§ 50. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ И СВОБОДНОГО НАПОРА ВОДЫ 12

Глава 13. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 15

§ 51. ПОДЗЕМНЫЕ К ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 15

§ 52. ВЫБОР ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ 16

Глава 14. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 17

§ 53. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ДЛЯ ПРИЕМА ВОДЫ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ 17

§ 54. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ 17

§ 55. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ 18

§ 56. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ И КАПТАЖНЫЕ КАМЕРЫ 19

§ 57. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ДЛЯ ПРИЕМА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ 20

§ 58. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ БЕРЕГОВОГО ТИПА 21

§ 59. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ РУСЛОВОГО ТИПА 23

§ 60. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 25

Глава 15. ВОДОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 27

§ 61. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ 27

§ 62. ВОЗДУШНЫЕ ВОДОПОДЪЕМНИКИ (ЭРЛИФТЫ) И ГИДРОЭЛЕВАТОРЫ 31

§ 63. ВОДОПРОВОДНЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ 32

Глава 16. НАРУЖНАЯ ВОДОПРОВОДНАЯ СЕТЬ 35

§ 64. СХЕМЫ ТРАССИРОВКИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 35

§ 65. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 35

§ 66. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 37

§ 67. ТРУБЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ВОДОПРОВОДА 39

§ 68. АРМАТУРА ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ 41

§ 69. ДЕТАЛИРОВКА СЕТИ. КОЛОДЦЫ НА СЕТИ 44

§ 7О. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ВОДОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОКЛАДКИ 45

§ 71. ПРИЕМКА ВОДОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ 46

Глава 17. ВОДОНАПОРНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 49

§ 72. ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ 49

§ 73. РЕЗЕРВУАРЫ 53

Глава 18. ОЧИСТКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ 56

§ 74. СВОЙСТВА ВОДЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЕЕ КАЧЕСТВУ 56

§ 75. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ 57

§ 76. КОАГУЛИРОВАНИЕ И ОТСТАИВАНИЕ ВОДЫ 58

§ 77. ФИЛЬТРОВАНИЕ ВОДЫ 63

§ 78. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ 66

§ 79. СПЕЦИАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ 68

Раздел III. КАНАЛИЗАЦИЯ 72

Глава 19. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ И ЕЕ СХЕМА 72

§ 80. НАЗНАЧЕНИЕ КАНАЛИЗАЦИИ 72

§ 81. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАНАЛИЗАЦИИ И ЕЕ СХЕМА 73

§ 82. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ 75

Глава 20. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 79

§ 83. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 79

§ 84. СХЕМЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ 80

§ 85. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ 82

§ 86. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 84

§ 87. СКОРОСТИ И УКЛОНЫ 86

§ 88. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 87

§ 89. ПОСТРОЕНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 89

Глава 21. УСТРОЙСТВО КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 92

§ 90. ТРУБЫ И КОЛЛЕКТОРЫ 92

§ 91. КОЛОДЦЫ НА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 94

§ 92. ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ 96

Глава 22. ДОЖДЕВАЯ КАНАЛИЗАЦИОННАЯ СЕТЬ (ВОДОСТОКИ} 97

§ 93. УСТРОЙСТВО И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОЖДЕВОЙ СЕТИ 97

§ 94. Расчет дождевой сети 97

§ 95. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОБЩЕСПЛАВНОЙ СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ 98

Глава 23. ПЕРЕКАЧКА СТОЧНЫХ ВОД 100

§ 96. НАСОСЫ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ СТОЧНЫХ ВОД 100

§ 97. КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ 100

Глава 24. СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 102

§ 98. ВИДЫ И СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД 102

§ 99. БИОХИМИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ B КИСЛОРОДЕ 103

§ 100. УСЛОВИЯ СПУСКА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ 103

§ 101. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И СОСТАВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 104

Глава 25. СООРУЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 109

§ 102. РЕШЕТКИ 109

§ 103. ПЕСКОЛОВКИ 110

§ 104. ОТСТОЙНИКИ 113

Глава 26. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКА 119

§ 105. СЕПТИКИ, ДВУХЪЯРУСНЫЕ ОТСТОЙНИКИ И ОСВЕТЛИТЕЛИ-ПЕРЕГНИВАТЕЛИ 119

§ 106. МЕТАНТЕНКИ 121

§ 107. ИЛОВЫЕ ПЛОЩАДКИ 123

§ 108. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА, ЕГО ТЕРМИЧЕСКОЙ СУШКИ И СЖИГАНИЯ 125

Глава 27. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 130

§ 109. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ 130

§ 110. АЭРОТЕНКИ 133

§ 111 СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АЭРАЦИИ И БИОКОАГУЛЯЦИИ 136

Глава 28. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ И СПУСК ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ 139

§ 113. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ 139

§ 114. ВЫПУСКИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМ 139

Раздел II. ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Глава 11. СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

§ 46. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Система водоснабжения - это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров.

По способу подачи воды различают самотечные во­допроводы (гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источ­ников различают водопроводы, забирающие воду из поверхностных источников - рек, водохранилищ, озер, морей, и водопроводы, забирающие воду из подземных источников (артезианских, родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания.

На основе технико-экономических расчетов часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные или производственно-хозяйственно-противопожарные. Так, в городах и поселках обычно устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод. На промышленных предприятиях, как правило, сооружают два раздельных водопровода - производственный и хозяйственно-противопожарный. Объединенный производственно-хозяйственно-противопожарный водопровод устраивают тогда, когда для тех­нологических нужд предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества. На некоторых промышленных предприятиях устраивают специальные противопожарные водопроводы.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми. Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупныхобъектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом. Небольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют обычно местными системами водоснабжения.

В случаях когда отдельные части территории имеют значитель­ную разницу в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения. При таком рельефе местности в сети для высокорасположен­ных участков насосы должны поддерживать высокое давление, которое недопустимо в сети для низкорасположенных участков (обычно при шести - восьмиэтажной застройке в сети поддерживается давление не более 0,6 МПа). В связи с этим водопроводную сеть разбивают на зоны, для каждой из которых устанавливают требуемый напор.

Советский народ успешно решает задачи; поставленные XXV съездом КПСС, а также претворяет в жизнь положения, записанные в новой Конституции СССР. Для выполнения программы по преобразованию сел и деревень в благоустроенные поселки, как это предусмотрено статьей 22 Конституции СССР, для разработки и осуществления мероприятий по охране окружающей среды (что законодательно закреплено статьей 67 Конституции СССР) и по рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, на что направлено постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов», для повышения степени благоустройства зданий и населенных пунктов существенное значение приобретает дальнейшее развитие водопроводно-канализационного хозяйства и санитарно-технических систем. Ускорение научно-технического прогресса предусмотрено постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об улучшении планирования и усилении воздействия хозяйственного механизма на повышение эффективности производства и качества работы».
Современные системы водоснабжения и канализации представляют собой сложные инженерные сооружения и устройства, обеспечивающие подачу воды потребителям, а также отвод и очистку сточных вод. Правильное решение инженерных задач по водоснабжению и водоотведению в значительной степени определяет высокий уровень благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и промышленных зданий, а также рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов.
Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Гидравлика, водоснабжение и канализация», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР для строительных специальностей высших учебных заведений.
Учебник состоит из четырех разделов: «Гидравлика», «Водоснабжение», «Канализация», и «Санитарно-техническое оборудование зданий» Изложенные в указанных разделах книги основные теоретические и практические сведения дают возможность студентам получить необходимые знания для технически грамотного проектирования, строительства и эксплуатации санитарно-технических систем и сооружений. При подготовке 3-го издания учебник был подвергнут детальной переработке. Объем его сокращен по сравнению с предыдущими изданиями за счет исключения вспомогательного материала описательного характера, примеров решения элементарных задач, некоторых справочных данных. В то ке время учебник дополнен новыми сведениями по актуальным вопросам проектирования, строительства и эксплуатации систем водоснабжения и канализации, а также санитарно-технического оборудования зданий и в первую очередь по рекомендациям, изложенным в новых Строительных нормах и правилах (СНиП П-30-76, П-31-74 и П-32-74).
Предисловие, главы 1—3, 8, 29—34 и приложения написаны канд. техн. наук, доц В. С. Кедровым, главы 4—7, 9, 10, 13, 14, 16, 17, 19—23 — канд. техн. наук, доц. В. И. Калицуном, главы 11, 12, 15, 18, 24—28 — д-ром техн. наук, проф. Ю, М. Ласковым. При подготовке 3-го издания учебника использован материал 2-го издания, написанный инж. П. В. Сафоновым. Авторы приносят благодарность преподавателям кафедры гидравлики, водоснабжения и канализации Воронежского инженерно-строительного института, возглавляемой канд. техн. наук, доц. А. В. Куралесиным, за ценные замечания и рекомендации, сделанные при рецензировании рукописи.

Благоразумова А.М., Автушко Е.А. (состав.) Внутренний водопровод и канализация жилых зданий (Документ)

Пособие по проектированию автономных инженерных систем одноквартирных и блокированных жилых домов (Документ)

(Документ)

Смирнов Г.Н. и др. Гидрология и гидротехнические сооружения (Документ)

Главчук С.А., Медиоланская М.М. (состав.) Внутренний водопровод и канализация зданий (Документ)

Контрольная работа - Основы проектирования деревообрабатывающих предприятий (Лабораторная работа)

Котельников С. Все о строительстве. Водоснабжение и канализация в доме (Документ)

Белецкий Б.Ф. Организация строительных и монтажных работ (Документ)

Абросимов Ю.Г., Иванов А.И., Качалов А.А и др. Гидравлика и противопожарное водоснабжение (Документ)

Табунщиков Ю.Ф. (ред.) Инженерное оборудование зданий и сооружений (Документ)

Певной П. Современное здание. Инженерные системы (Документ)

n1.doc

В. И. Калицун, В.С.Кедров,

Ю.М.Ласков, П.В.Сафонов

ГИДРАВЛИКА,

ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ

Издание третье, переработанное и дополненное
Допущено

Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1980

Раздел II. ВОДОСНАБЖЕНИЕ 6

Глава 11. СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 6

§ 46. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 6

§ 47. СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 7

Глава 12. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ 10

§ 48. НОРМЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ 10

§49. РЕЖИМ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ 12

§ 50. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ И СВОБОДНОГО НАПОРА ВОДЫ 13

Глава 13. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 16

§ 51. ПОДЗЕМНЫЕ К ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ 16

§ 52. ВЫБОР ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ 17

Глава 14. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 18

§ 53. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ДЛЯ ПРИЕМА ВОДЫ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ 18

§ 54. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ 18

§ 55. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ 19

§ 56. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ И КАПТАЖНЫЕ КАМЕРЫ 20

§ 57. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЯХ ДЛЯ ПРИЕМА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ 21

§ 58. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ БЕРЕГОВОГО ТИПА 22

§ 59. ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ РУСЛОВОГО ТИПА 24

§ 60. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 26

Глава 15. ВОДОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 28

§ 61. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ 28

§ 62. ВОЗДУШНЫЕ ВОДОПОДЪЕМНИКИ (ЭРЛИФТЫ) И ГИДРОЭЛЕВАТОРЫ 32

§ 63. ВОДОПРОВОДНЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ 33

Глава 16. НАРУЖНАЯ ВОДОПРОВОДНАЯ СЕТЬ 36

§ 64. СХЕМЫ ТРАССИРОВКИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 36

§ 65. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 36

§ 66. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 38

§ 67. ТРУБЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ВОДОПРОВОДА 40

§ 68. АРМАТУРА ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ 42

§ 69. ДЕТАЛИРОВКА СЕТИ. КОЛОДЦЫ НА СЕТИ 45

§ 7О. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ВОДОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОКЛАДКИ 46

§ 71. ПРИЕМКА ВОДОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ 47

Глава 17. ВОДОНАПОРНЫЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 50

§ 72. ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ 50

§ 73. РЕЗЕРВУАРЫ 54

Глава 18. ОЧИСТКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ 57

§ 74. СВОЙСТВА ВОДЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЕЕ КАЧЕСТВУ 57

§ 75. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ 58

§ 76. КОАГУЛИРОВАНИЕ И ОТСТАИВАНИЕ ВОДЫ 59

§ 77. ФИЛЬТРОВАНИЕ ВОДЫ 64

§ 78. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ 67

§ 79. СПЕЦИАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ 69

Раздел III. КАНАЛИЗАЦИЯ 73

Глава 19. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ И ЕЕ СХЕМА 73

§ 80. НАЗНАЧЕНИЕ КАНАЛИЗАЦИИ 73

§ 81. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАНАЛИЗАЦИИ И ЕЕ СХЕМА 74

§ 82. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ 76

Глава 20. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 80

§ 83. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 80

§ 84. СХЕМЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ 81

§ 85. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ 83

§ 86. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 85

§ 87. СКОРОСТИ И УКЛОНЫ 87

§ 88. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 88

§ 89. ПОСТРОЕНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 90

Глава 21. УСТРОЙСТВО КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 93

§ 90. ТРУБЫ И КОЛЛЕКТОРЫ 93

§ 91. КОЛОДЦЫ НА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ 95

§ 92. ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ 97

Глава 22. ДОЖДЕВАЯ КАНАЛИЗАЦИОННАЯ СЕТЬ (ВОДОСТОКИ} 98

§ 93. УСТРОЙСТВО И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОЖДЕВОЙ СЕТИ 98

§ 94. Расчет дождевой сети 98

§ 95. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОБЩЕСПЛАВНОЙ СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ 99

Глава 23. ПЕРЕКАЧКА СТОЧНЫХ ВОД 101

§ 96. НАСОСЫ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ СТОЧНЫХ ВОД 101

§ 97. КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ 101

Глава 24. СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 103

§ 98. ВИДЫ И СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД 103

§ 99. БИОХИМИЧЕСКАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ
B КИСЛОРОДЕ 104

§ 100. УСЛОВИЯ СПУСКА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ 104

§ 101. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И СОСТАВ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 105

Глава 25. СООРУЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 111

§ 102. РЕШЕТКИ 111

§ 103. ПЕСКОЛОВКИ 112

§ 104. ОТСТОЙНИКИ 115

Глава 26. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОСАДКА 121

§ 105. СЕПТИКИ, ДВУХЪЯРУСНЫЕ ОТСТОЙНИКИ И ОСВЕТЛИТЕЛИ-ПЕРЕГНИВАТЕЛИ 121

§ 106. МЕТАНТЕНКИ 123

§ 107. ИЛОВЫЕ ПЛОЩАДКИ 125

§ 108. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКА, ЕГО ТЕРМИЧЕСКОЙ СУШКИ И СЖИГАНИЯ 127

Глава 27. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 132

§ 109. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ 132

§ 110. АЭРОТЕНКИ 135

§ 111 СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АЭРАЦИИ И БИОКОАГУЛЯЦИИ 138

Глава 28. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ И СПУСК ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ 142

§ 113. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ 142

§ 114. ВЫПУСКИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМ 142

Раздел II. ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Глава 11. СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

§ 46. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Система водоснабжения - это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения (водопроводы) классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и др.

По назначению системы водоснабжения подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров.

По способу подачи воды различают самотечные во­допроводы (гравитационные) и водопроводы с механической подачей воды (с помощью насосов).

По виду используемых природных источ­ников различают водопроводы, забирающие воду из поверхностных источников - рек, водохранилищ, озер, морей, и водопроводы, забирающие воду из подземных источников (артезианских, родниковых). Имеются также водопроводы смешанного питания.

На основе технико-экономических расчетов часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные или производственно-хозяйственно-противопожарные. Так, в городах и поселках обычно устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод. На промышленных предприятиях, как правило, сооружают два раздельных водопровода - производственный и хозяйственно-противопожарный. Объединенный производственно-хозяйственно-противопожарный водопровод устраивают тогда, когда для тех­нологических нужд предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества. На некоторых промышленных предприятиях устраивают специальные противопожарные водопроводы.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми. Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом. Небольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют обычно местными системами водоснабжения.

В случаях когда отдельные части территории имеют значитель­ную разницу в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения. При таком рельефе местности в сети для высокорасположен­ных участков насосы должны поддерживать высокое давление, которое недопустимо в сети для низкорасположенных участков (обычно при шести - восьмиэтажной застройке в сети поддерживается давление не более 0,6 МПа). В связи с этим водопроводную сеть разбивают на зоны, для каждой из которых устанавливают требуемый напор.

§ 47. СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Схема водоснабжения населенного пункта зависит прежде всего от вида источника водоснабжения.

На рис. II. 1 приведена наиболее распространенная схема водоснабжения населенного пункта с забором воды из реки. Речная вода поступает в водозаборное сооружение, из которого насосами станции I подъема подается на очистные сооружения. Очищенная вода поступает в резервуары чистой воды, откуда забирается насосами станции II подъема для подачи по водоводам и магистральным трубопроводам в водопроводную сеть, распределяющую воду по отдельным районам и кварталам населенного пункта.

На территории населенного пункта (обычно на возвышенности) сооружается водонапорная башня, которая, как и резервуары чистой воды, служит для хранения и аккумулирования запасов воды. Необходимость устройства башни объясняется следующими обстоятельствами. Расход воды из водопроводной сети значительно колеблется в течение суток, в то время как подала воды насосами станции II подъема относительно равномерна. В те часы суток, когда насосы подают в сеть воды больше, чем ее расходуется, излишек поступает в водонапорную башню; в часы максимального расходования воды потребителями, когда расход, подаваемый насосами, недостаточен, используется вода из башни. Водонапорная башня, расположенная в противоположном от насосной станции конце города, называется контррезервуаром. При наличии вблизи населенного места значительного естественного возвышения вместо водонапорной башни сооружают наземный водонапорный резервуар.

При использовании в качестве источника водоснабжения подземных вод схема водоснабжения значительно упрощается. В этом случае очистные сооружения обычно не нужны - подземные воды часто не требуют очистки. В некоторых случаях не устраивают так­же резервуаров чистой воды и насосной станции II подъема, так как вода может подаваться в сеть насосами, установленными в буровых скважинах.

Иногда населенный пункт снабжается водой из двух или более источников - водоснабжение с двухсторонним или многосторонним питанием.

При расположении источника водоснабжения на значительной высоте по отношению к населенному пункту, когда возможна пода­ча воды из источника без помощи насосов - самотеком, устраивают гравитационный водопровод.

Промышленные предприятия, отличающиеся значительным раз­нообразием технологических операций, потребляющие для отдельных процессов воду различного качества, требующие подачи ее под различными напорами, имеют сложные схемы водоснабжения.

При расположении вблизи промышленного предприятия поселка для них устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод.

В районах, где имеется много относительно близко расположен­ных предприятий, применяют групповые системы водоснабжения. Устройство групповых (или районных) систем позволяет сокращать число очистных сооружений, насосных станций, водоводов и тем самым уменьшать строительную и эксплуатационную стоимость системы.

Промышленные предприятия, расположенные на территории современного города, обычно получают хозяйственно-питьевую воду непосредственно из городского водопровода.

Водоснабжение промышленных предприятий может быть прямоточным, оборотным и с последовательным использованием воды.

Рис. II.1. Схема водоснабжения насел-енного пункта

1 - водоприемник; 2 - самотечная труба; 3 - береговой колодец: 4 - насосы станции I подъема; 5 - отстойники; в - фильтры; 7 --запасные резервуары чистой воды; 8 - на­сосы станции II подъема; 9 - водоводы; 10 - водонапорная башня; // - магистральные трубопроводы; 12 - распределительные трубопроводы

Рис. II.2. Схема прямоточного водоснабжения промышленного предприятия

Рис. II.3. Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия
На рис. II.2 приведена схема прямоточного водоснабжения про­мышленного предприятия. Насосная станция 4, расположенная 1 вблизи водозаборного сооружения 5, подает воду для производствен­ных целей в цехи / по сети 2. Для хозяйственно-противопожарных нужд поселка 6 и цехов / насосная станция 4 подает воду в само­стоятельную сеть 7. Предварительно воду очищают на очистных со­оружениях 3.

Нередко для производственных целей требуется подача воды раз­личного качества и под разными напорами. В этом случае устраи­вают две или несколько самостоятельных сетей.

Воду, использованную в технологическом процессе, удаляют в ка­нализационную сеть и после соответствующей очистки сбрасывают в водоем ниже по течению относительно объекта водоснабжения.

На ряде промышленных предприятий (химические, нефтеперерабатывающие, металлургические заводы, ТЭЦ и пр.) воду приме­няют для целей охлаждения и она почти не загрязняется, а только нагревается. Такую производственную воду, как правило, исполь­зуют вновь, предварительно охладив ее.

На рис. II.З приведена схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия. Нагревшуюся воду по самотечному тру­бопроводу 10 подают к насосной станции 2, откуда насосами 7 пере­качивают по трубопроводу 3 на специальные сооружения 4, пред­назначенные для охлаждения воды (брызгальные бассейны или гра­дирни). Охлажденную воду по самотечному трубопроводу 6 возвращают на насосную станцию 2 и насосами 8 по напорным трубопро­водам 9 направляют в цехи предприятия /. При оборотном водо­снабжении часть воды (3-5% общего расхода) теряется. Для вос­полнения потерь воды в систему подают «свежую» воду по трубопроводу 5.

Оборотное водоснабжение экономически выгодно, когда про­мышленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения или на значительном возвышении по отношению к нему, так как в этих случаях при прямоточном водо­снабжении будут велики затраты электроэнергии на подачу воды. Также выгодно устраивать оборотное водоснабжение, если расход воды в водоеме мал, а потребности в производственной воде велики.

Схему водоснабжения с последовательным (или повторным) использованием воды применяют в тех случаях, когда воду, сбрасы­ваемую после одного технологического цикла, можно использовать во втором, а иногда и в третьем технологическом цикле промышлен­ного предприятия. Воду, использованную в нескольких циклах, удаляют затем в канализационную сеть. Применение такой схемы водоснабжения экономически целесообразно, когда необходимо сократить расход «свежей» воды.