Гідравлічні дослідження роботи каналізаційних колекторі із поліетиленових труб у м. Конотоп Сумської обл.
Автор: Белінський Олексій Анатолійович
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 поліетиленових 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 поліетиленових труб [2] за таблицями [4] (варіант І) та поліетиленових труб [3] труб за допомогою комп’ютерної програми Uponor Infra 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 Wehopipe (Uponor) 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. Для поліетиленових труб прийнято k=0,01 мм. У програмі Uponor Infra 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 поліетиленових труб у м. Конотоп Сумської області Похил прокладання розрахункових ділянок по довжині головного колектора змінювався для труб ПЕ: варіант І – від 0,003 до 0,008; варіант ІІ – від 0,003 до 0,007. Найменші значення похилу прокладання труб ПЕ за варіантом І (0,003) прийнято на ділянках колектора діаметром 500 мм довжиною від 1290 м до 1998 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,008) прийнято на ділянках колектора довжиною від 6851 м до 9106 м. Найменше значення похилу прокладання труб ПЕ за варіантом ІІ (0,003) прийнято на ділянках колектора діаметром 500 мм довжиною від 1290 м до 1998 м. Найбільше значення похилу прокладання (0,007) прийнято на ділянках колектора діаметром 630 мм довжиною від 2766 м до 3456 м, а також від 8186 м до 9106 м. Однаковий похил прокладання труб ПЕ (різниця 0%) спостерігається на ділянках колектора довжиною від 505 м до 1290 м. Найбільша різниця похилу прокладання труб ПЕ (25%) спостерігається на ділянці колектора довжиною від 6851 м до 8186 м. Діаметри поліетиленових труб за обидвома варіантами по всій протяжності головного колектора були однаковими та дорівнювали 200 мм, 400 мм, 500 мм і 630 мм. Швидкість руху стічних вод по довжині головного колектора збільшувалася для труб ПЕ: варіант І – від 0,84 м/с до 2,97 м/с; варіант ІІ – від 0,70 м/с до 2,53 м/с. Найменша різниця швидкості руху стічних вод (3%) у поліетиленових трубах діаметром 630 мм спостерігається на ділянці колектора довжиною від 5446 м до 6851 м. Найбільша різниця швидкості руху стічних вод (20%) у поліетиленових трубах діаметром 630 мм спостерігається на ділянці колектора довжиною від 6851 м до 8186 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПЕ за варіантом І збільшувалася від 2,27 м до 14,61 м. Середня глибина закладання головного колектора із труб ПЕ за варіантом ІІ збільшувалася від 2,01 м до 14,81 м. Значення різниці середньої глибини закладання труб по всій довжині головного колектора змінювалося від 1% до 23%. Найбільші значення різниці середньої глибини закладання труб (23%) спостерігалися на ділянках трубопроводу діаметром 630 мм довжиною 1998–2551 м. Найменші значення різниці середньої глибини закладання труб (1%) спостерігалися на ділянках трубопроводу діаметром 630 мм довжиною 8796–9106 м. Техніко-економічними розрахунками встановлено річні приведені затрати на влаштування головного колектора з труб ПЕ, запроектованого за методиками [4] і [5] – 6831,48 тис. грн та 7255,14 тис. грн. відповідно. Це свідчить про економічну доцільність прокладання головного каналізаційного колектора із труб ПЕ, запроектованого за методикою [4]. Ключові слова – мережа водовідведення, поліетиленові 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 EN 12201-2:2018 Системи трубопровідних систем для водопостачання, дренажу та каналізації під тиском. Поліетилен (ПЕ). 3. Uponor. Katalog Produktow. URL: https://www.uponor.com/getmedia/568b1bec-87f1-4318-b398- a5e9d29190d8/Katalog-Produktow-Uponor-Infra-2024-PL-ENG- RUS.pdf?sitename=PolandInfrastructure. 4. Добромыслов А. Я. Таблицы для гидравлических расчетов безнапорных трубопроводов из полимерных материалов (том 2). 1 изд., – М.: Издательство ВНИИМП, 2004. – 128 с. 5. Uponor. Systemy Grawitacyjne. Wlasciwosci, projektowanie, montaz Weholite, WehoTripla, Studzienki Weho, Zbiorniki Weho. URL: https://www.uponor.com/pl-pl/infra/produkty/kanalizacja-sanitarna-i- ogolnosplawna.