Дослідження гідродинаміки каналізаційних полівінілхлоридних труб у м. Конотоп Сумської обл.
Автор: Петречко Євген Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У магістерській кваліфікаційній роботі досліджено роботу каналізаційних колекторів із труб ПВХ за різними методиками у м. Конотоп Сумської області. Проектування мереж водовідведення передбачає одночасне вирішення двох завдань – оптимальне проектування каналізаційних мереж та мінімізація витрат на їх влаштування [1]. Мережі водовідведення повинні гарантувати, що транспортовані зі стічними водами частинки не осаджуватимуться на дні труб, а отже, не змінюватимуть поперечний переріз труб та не спричинюватимуть коливання значень швидкості руху стічних вод. Інженери-проектанти для розрахунку каналізаційних мереж використовують різноманітні таблиці, номограми та сучасні комп’ютерні програми. В даній роботі порівнюється гідравлічний розрахунок каналізаційних мереж м. Конотоп Сумської області із ПВХ труб [2] за таблицями [4] (варіант І) та ПВХ труб [3] труб за допомогою комп’ютерної програми Kan_v206 (PipeLife) за методикою [5] (варіант ІІ). В основу методики [4] покладено принцип гідравліки трубопроводів про відповідність один одному закону гідравлічних опорів і закону зміни швидкостей руху рідини на різному видаленні точки потоку від стінки труби. Існування внутрішнього зв’язку між законом гідравлічного опору і розподілом швидкостей за перерізом потоку ілюструє формула Шезі. Проте, формула Шезі далеко не у всіх випадках забезпечувала збіг розрахункових та експериментальних даних. Під час визначення втрат напору на тертя (або гідравлічного похилу) під час руху рідини по трубах необхідно враховувати шорсткість їх матеріалу та в’язкість рідини (за інших рівних умов). При цьому в області гладкого тертя опір не залежить від шорсткості, а квадратичної області – від в’язкості. Вперше в методиці [4] показано можливість гідравлічного розрахунку безнапірних трубопроводів з одного і того ж матеріалу за єдиним коефіцієнтом шорсткості. Значення коефіцієнта еквівалентної рівномірнозернистої шорсткості Kе пластикових труб прийнято рівним 0,02 мм. Формула М.М. Павловського не враховує в’язкість рідини і тому дійсна лише у квадратичній ділянці гідравлічних опорів. Формули, отримані О.Я. Добромисловим [4], рекомендовано для гідравлічних розрахунків безнапірних трубопроводів, що працюють зокрема й в перехідній області опорів. Методика гідравлічного розрахунку каналізаційних мереж із труб ПВХ (Pipelife) основана на використанні формули Колбрука-Уайта [5]. Формулу Колбрука-Уайта використовують для розрахунку коефіцієнта тертя ? у турбулентному потоці в трубах з шорсткими стінками. Вона є неявною (тобто ? не виражено явно через інші параметри), але дуже точно описує гідравлічний опір у широкому діапазоні чисел Рейнольдса та відносної шорсткості. Розрахунок безнапірних трубопроводів оснований на розрахунку напірних трубопроводів з врахуванням понижувальних коефіцієнтів залежно від наповнення труби h/d [5]. У безнапірних трубопроводах турбулентний потік знаходиться в перехідному діапазоні між гідравлічногладкими трубами та повністю шорсткими (так звана зона B). Для таких умов потоку значення коефіцієнта гідравлічного опору обчислюють за формулою Колбрука-Уайта. Відносна шорсткість стінок труби залежить від матеріалу труб та ступеня зношення внутрішньої поверхні стінки труби. В комп’ютерній програмі Kan_v206 (PipeLife) для ПВХ труб прийнято k=0,25 мм. У магістерській кваліфікаційній роботі на підставі гідравлічного розрахунку за методиками [4] і [5] порівняно конструктивні (діаметри, похили та середні глибини закладання туб) та кінематичний (середня швидкість руху стічних вод) параметри роботи мережі водовідведення м. Конотоп Сумської області, виконаної з труб із непрастифікованого ПВХ. Похил прокладання розрахункових ділянок по довжині головного колектора змінювався для труб ПВХ: обчислений за методикою [18] – від 0,005 до 0,008; обчислений за методикою [19] – від 0,005 до 0,010. Найменші значення похилу прокладання труб ПВХ, обчисленого за методикою [18], (0,005) прийнято на ділянках колектора: діаметром 200 мм довжиною до 600 м; діаметром 315 мм довжиною від 2435 м до 2985 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,008) прийнято на ділянці колектора діаметром 200 мм довжиною від 600 м до 1345 м. Найменше значення похилу прокладання труб ПВХ, обчисленого за методикою [19], (0,005) прийнято на ділянці колектора діаметром 200 мм довжиною до 600 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,010) прийнято на ділянці колектора діаметром 200 мм довжиною від 600 м до 1345 м. Однаковий похил прокладання труб ПВХ (різниця 0%) спостерігається на ділянках колектора довжиною до 600 м та довжиною від 2985 м до 3740 м. Найбільша різниця похилу прокладання труб ПЕ (33%) спостерігається на ділянці колектора довжиною від 1345 м до 2435 м. Діаметри поліетиленових труб, підібрані за методиками [18] і [19], по всій протяжності головного колектора були однаковими та дорівнювали 200 мм та 315 мм. Швидкість руху стічних вод по довжині головного колектора збільшувалася: для труб ПВХ, обчислена за методикою [18], – від 0,97 м/с до 1,53 м/с; для труб ПВХ, обчислена за методикою [19], – від 0,80 м/с до 1,21 м/с. Найменша різниця швидкості руху стічних вод (14,2-145%) у ПВХ трубах спостерігається на ділянці колектора довжиною від 600 м до 2985 м. Найбільша різниця швидкості руху стічних вод (20,9%) у ПВХ трубах спостерігається на ділянці колектора довжиною від 2985 м до 3740 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПВХ, обчислена за методикою [18], збільшувалася від 1,75 м до 3,50 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПЕ, обчислена за методикою [19], збільшувалася від 3,47 м до 6,88 м. Значення різниці середньої глибини закладання труб по всій довжині головного колектора змінювалося від 0% до 67%. Найбільше значення різниці середньої глибини закладання труб (67%) спостерігається на ділянці трубопроводу діаметром 315 мм довжиною від 2985 м до 3740 м. Найменше значення різниці середньої глибини закладання труб (0%) спостерігається на ділянці трубопроводу діаметром 200 мм довжиною до 600 м. Техніко-економічними розрахунками встановлено річні приведені затрати на влаштування головного колектора з труб ПВХ, запроектованого за методиками [4] і [5] – 1819,3 тис. грн та 1875,4 тис. грн. відповідно. Це свідчить про економічну доцільність прокладання головного каналізаційного колектора із труб ПВХ, запроектованого за методикою [4]. Ключові слова – мережа водовідведення, труби з полівінілхлориду, гідравлічний розрахунок. Перелік використаних літературних джерел. 1. Montes, C.; Kapelan, Z.; Saldarriaga, J. Impact of Self-Cleansing Criteria Choice on the Optimal Design of Sewer Networks in South America. Water. 2019, 11, 1148. 2. ДСТУ Б В.2.7-141:2007 Труби із непластифікованого полівінілхлориду та фасонні вироби до них для холодного водопостачання. Технічні умови (EN ISO 1452:1999, MOD). 3. Uponor. System kanalizacji zewnetrznej PVC. URL: https://www.pipelife.pl/content/dam/pipelife/poland/marketing/downloads/bibli otekapdf/broszury_pdf/u_kz_pvc.pdf. 4. Добромыслов А. Я. Таблицы для гидравлических расчетов безнапорных трубопроводов из полимерных материалов (том 2). 1 изд., – М.: Издательство ВНИИМП, 2004. – 128 с. 5. Pipelife Polska S.A. Projektowanie sieci kanalizacji zewnetrznej V2.06.