Гідравлічні дослідження роботи поліпропіленових каналізаційних колекторів у м. Конотоп Сумської обл.
Автор: Олексів Максим - Дмитро Ярославович
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 поліпропіленових труб 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 поліпропіленових труб [2] за таблицями [4] (варіант І) та поліпропіленових труб [3] труб за допомогою комп’ютерної програми Kan_v206 (PipeLife) за методикою [5] (варіант ІІ). Витрата стічних вод за методикою [4] визначається за формулою з використанням гідравлічного радіуса та коефіцієнта Шезі. Гідравлічний радіус потоку залежить від ступеня наповнення водовідвідної труби і визначається як частка живого перерізу потоку та його змоченого периметра: Для водовідвідних труб круглого поперечного перерізу змочений периметр, площа живого перерізу та гідравлічний радіус потоку є функцією наповнення труби h/D. Для визначення коефіцієнта гідравлічного тертя водовідвідних труб використано формулу Федорова. Прийнято еквівалентну шорсткість труб ?е=0,2 мм. У розрахунок введено коефіцієнт, що враховує реальний розподіл швидкостей в живому перерізі безнапірного потоку в трубі та гальмівний вплив повітря. На підставі розрахунків створено таблиці для гідравлічного розрахунку двошарових труб з ПП-Б різних діаметрів [4]. Таблиці складені для стічних вод з кінематичною в’язкістю ?=1,43 мм2 /с, що відповідає практично найгіршим експлуатаційним умовам: температурі 10°С і концентрації завислих речовин Сзр=600 г/м3 . Методика гідравлічного розрахунку каналізаційних мереж із труб Pragma+ID (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. Для розрахунку поліпропіленових труб для стічних вод за температури 10°С прийнято ?=1,308 мм2 /с. Відносна шорсткість стінок труби залежить від матеріалу труб та ступеня зношення внутрішньої поверхні стінки труби. Для поліпропіленових труб прийнято коефіцієнт абсолютної шорсткості k=0,25 мм. У програмі Pipelife V2.06 для визначення показника, зазначеного як мету розрахунків, використаний ітераційний метод. 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 із поліпропіленових труб у м. Конотоп Сумської області Похил прокладання розрахункових ділянок по довжині головного колектора змінювався для труб ПП: обчислений за методикою [4] – від 0,003 до 0,008; обчислений за методикою [5] – від 0,003 до 0,008. Найменші значення похилу прокладання труб ПП, обчисленого за методикою [4], (0,003) прийнято на ділянках колектора діаметром 500 мм довжиною від 1290 м до 3456 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,008) прийнято на ділянках колектора: діаметром 200 м довжиною 505 м; діаметром 500 м довжиною від 2766 м до 3456 м. Найменше значення похилу прокладання труб ПП, обчисленого за методикою [5], (0,003) прийнято на ділянках колектора діаметром 500 мм довжиною від 1290 м до 3456 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,008) прийнято на ділянках колектора: діаметром 200 м довжиною 505 м; діаметром 500 м довжиною від 2766 м до 3456 м. Однаковий похил прокладання труб ПП (різниця 0%) спостерігається на всіх ділянках колектора. Різниця похилу прокладання труб ПП (14%) спостерігається лише на одній ділянці колектора довжиною від 4201 м до 4861 м. Діаметри поліпропіленових труб, підібрані за методиками [4] і [5], по всій протяжності головного колектора були однаковими та дорівнювали 200 мм, 400 мм, 500 мм і 600 мм. Швидкість руху стічних вод по довжині головного колектора збільшувалася: для труб ПП, обчислена за методикою [4], – від 0,80 м/с до 2,21 м/с; для труб ПП, обчислена за методикою [5], – від 0,72 м/с до 2,23 м/с. Найменша різниця швидкості руху стічних вод (0,5–0,9%) у поліпропіленових трубах діаметром 600 мм спостерігається на ділянці колектора довжиною від 7521 м до 9106 м. Найбільша різниця швидкості руху стічних вод (10%) у поліпропіленових трубах діаметром 200 мм спостерігається на ділянці колектора довжиною 505 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПП, обчислена за методикою [4], збільшувалася від 2,77 м до 20,98 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПП, обчислена за методикою [5], збільшувалася від 2,77 м до 20,30 м. Значення різниці середньої глибини закладання труб по всій довжині головного колектора змінювалося від 0% до 5,2%. Найбільші значення різниці середньої глибини закладання труб (5,2%) спостерігалися на ділянках трубопроводу діаметром 600 мм довжиною 4861–5446 м. Найменші значення різниці середньої глибини закладання труб (0–0,1%) спостерігалися на ділянках трубопроводу довжиною до 4201 м. Техніко-економічними розрахунками встановлено річні приведені затрати на влаштування головного колектора з труб ПП, запроектованого за методиками [4] і [5] – 6037,63 тис. грн та 6116,96 тис. грн. відповідно. Це свідчить про економічну доцільність прокладання головного каналізаційного колектора із труб ПП, запроектованого за методикою [4]. Ключові слова – мережа водовідведення, поліпропіленові труби, 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.2.5-32:2007 Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Труби безнапірні з поліпропілену, поліетилену, непластифікованого полівінілхлориду та фасонні вироби до них для зовнішніх мереж каналізації будинків і споруд та кабельної каналізації. Технічні умови. 3. Pipelife. Kanalizacja zewnetrzna. Katalog techniczny. URL: https://www.pipelife.pl/content/dam/pipelife/poland/marketing/downloads/bibli otekapdf/katalogi_techniczne_pdf/KZ.pdf. 4. Жук В.М. Зовнішні безнапірні водовідвідні мережі з двошарових пластикових труб зі структурованою стінкою. Посібник з проектування та будівництва / В.М. Жук, М.І. Стасюк, О.О. Мацієвська, О.Т. Возняк. – Львів: Компанія "Ельпласт", Національний університет "Львівська політехніка", 2006. – 52 с. 5. Pipelife Polska S.A. Projektowanie sieci kanalizacji zewnetrznej V2.06.