SIECI WODOCIĄGOWE

Układ otwarty(rozgałęziony, promienny)- tańszy w eksploatacji

Układ zamknięty(obwodowy, pierścieniowy)- gwarantuje stabilne ciśnienie, możliwość dopływu wody kilkoma drogami, droższy w eksploatacji

Układ mieszany- obwodowo końcówkowy,- pierścieniowo rozgałęzieniowy

Przykłady sieci wodociągowych

-Elbląski system wodociągowy (ESW)- dwustrefowy

-wejherowo- magistrala fi500(wykonana przedwcześnie) sieć rozdzielcza została podłączona do magistrali. Do fi 500podłaczono fi80

-układ w Lęborku- są dwa ujęcia (dolina Łeby, okolice) a Lębork na 20m położony. Woda samoczynni spływa do układu. Takiego układu nie można wyłączyć z eksploatacji bo spowoduje to wzrost ciśnienia. Można wyłączyć jedynie na ujęciu

-układ wodociągowy w Kostrzynie nad Odrą. Ujęcie tłoczy wodę do układ. Brak rozdziału na strefy. Jednostrefowy.

KLASYFIKACJA PRZEWODÓW

1)Zróżnicowanie pod względem rodzaju ruchu:

a)ze swobodnym zwierciadłem, pod ciśnieniem atm.= grawitacyjny.

b)przewody ciśnieniowe

2)przeznaczenie przewodów

a)przewody technologiczne

b)przewody tranzytowe

c)magistrale

d)sieci rozdzielcze

e)przyłącza domowe- doprowadzają wodę do poszczególnych obiektów tzw.

TECHNOLOGICZNE wykonane z rur stalowych lub żeliwnych łączone są za pomocą kołnierzy.

TRANZYTOWE- transport wody na znaczne odległości. Od tych przewodów nie powinno być rozgałęzień. Mogą być eksploatowane jako grawitacyjne.

MAGISTRALA WODOCIĄGOWA- najbardziej istotna część sieci, kryterium średnicy magistrali nie jest dokładne, bo w małym mieście rurociągi o małych średnicach mogą pełnić rolę magistral

PRZEWODY ROZDZIELCZE

- dominują, wykonane w obszarze zabudowy,

- średnica 100,150,200mm(wyjątkowo 80)- bo nie można stosować na większe hydrantów,

- pod ziemią 1,4m-1,8m głębokości (uzależnione od przemarzania)

- pod nawierzchnią jezdni, ze spadkiem 0,5%o, uzależniony od odpowietrzenia

POŁĄCZENIE WODOCIĄGOWE

- łączące przewody z konkretnym obiektem

-wyłączyć dany odcinek i wykonać przyłącze

Mocowanie za pomocą trójnika

-materiały: rury stalowe ocynkowane o średnicy 35-polietylen, większe średnice-żeliwne

3%o w kierunku ruchu ulicznego ze względu na odpowietrzenie i odwodnienia, długość przyłącza max 15m

PODZIAŁ SIECI ZE WZGLĘDU NA ZASTOSOWANIE MATERIAŁU PRZEWODÓW.

a)rury żeliwne

b)stalowe

c)tworzywa sztuczne

d)rury azbestowo-cementowe (do 2030r. mogą być eksploatowane)

e)beton sprężony

f)stal szlachetna, wysokostopowa, nierdzewna, np. studnie filtrowe

PRZEWODY ŻELIWNE

-wykonane z żeliwa szarego (są jeszcze białe)

-50%-80% przewody

-smarowane od zewnątrz, wewnątrz, ponieważ korodują (przyczyna-natlenienie gruntu)

-własności: wytrzymałość mechaniczna, ale nie odporna na uderzenia (jest to istotne, przewody układane są na przygotowanej podsypce

ŻELIWO SFEROIDALNE –wypiera żeliwa szare wynika to z własności wytrzymałościowych, które jest podobne do stali. Nie pęka tak łatwo. Może być stosowane w warunkach obciążeń dynamicznych, nie wymaga podsypki żwirowej. Wada: zwiększona korozyjność(grunty wapienne i ilaste). Rura na zewnątrz jest cynkowana i okładana powłoką bitumiczną, w wewnątrz jest powłoka cementowa. Wysokie pH dlatego ochrania się przed korozją: polietylen i otulina cementowa

Sposoby połączeń rur żeliwnych:

-sznur konopny a potem zalewa się ołowiem (szare żeliwo)

-uszczelki w zależności od ciśnienia (żeliwo sferoidalne)

-połączenie tyton(niemieckie)

PRZEWODY STALOWE – ze szwem>500mm, bez szwu 500m

-spawanie poszczególnych odcinków rur

-rury wielostalowe, stosowane otuliny

-przewody tranzytowe, ochronne dla przewodów wodociągowych, ochrona katodowo-korozyjna

RURY Z TWORZYW SZTUCZNYCH

-plastyczność(nadmierna) i elastyczność

-wrażliwa na warunki otoczenia

-poprzez ścianki wodociągu może być dyfuzja lekkich węglowodorów do wnętrza. Wprowadzając warstwę cynku ochronimy przed dyfuzją.

-PCV: twarde PCV od 100mm, 50-400mm

-kielichowy sposób łączeń lub poprzez klejenie(w przypadku klejenia ograniczeniem jest temp. nie może być w zimnie) wpływ słońca(podwyższone temp. zmieniają własności) odpowiednio zwiększa się grubość ścianek.

-wrażliwa na temp. ujemne, należy zabezpieczyć rurociąg przed mrozem w trakcie wkładania.

-odchyłka 20-30stC powoduję zmianę wytrzymałości

Polietylen –nisko i wysokociśnieniowe

Niskociśnieniowe- oznaczenie LDPE, Niemcy PEH

Wysokociśnieniowe- HDPE

BEZPOSTACIOWOŚĆ I KRYSTALICZNOŚĆ – RÓŻNICE

-coraz wyższa doskonałość rur, wyższa sztywność

-nie znoszą zarysowań, zarys początkuję dalsze spękania

-sposób ułożenia rur ma ogromne znaczenie ze względu na spękania

-zmieniają swoją rozszerzalność np. 100m-40stC do 10m skrócenie się rury

-szczury lubią polietylen

Wymiarowanie sieci wodociągowej o układach zamkniętych

.Charakterystyka hydrauliczna sieci przewodów

Sieci przewodów z niezbędnymi uzbrojeniami charakteryzuje się określonymi oporami ruchu na długości i oporami miejscowymi.Formuła Dacyego Weishbacha po przekształceniu

∆H=[∑psi+lambda*L/D]*8Q²/¶²*D²*g

Zależność między objętościowym naprężeniem przepływu Q a spadkiem naporu hydraulicznego ∆H w każdym przewodzie sieci wodociągowej

Gdzie :∑psi-suma bezwymiarowych współczynników oporów miejscowych

Lambda-bezwym.współcz.oporów lokalnych

D- średnica wewnętrzna przekroju poprzecznego danego przewodu sieci

g-przyspieszenie ziemskie

Współczynnik oporów lokalnych lambda zależy od liczby Reynoldsa i chropowatości względnej.

Wzór Franka-Clarmona to uproszczony wzór.Nie uwzględnia Re.Zależy od

-chropowatości –jest większa od

-odpowiedni warunek prędkości v

Płukanie sieci wodociągowej

-metoda hydrauliczna(wypłukiwanie) żeby płukanie było skuteczne mui być v>1 m/s.ruch burzliwy

-metoda hydropneumatyczna-dodaje się powietrze

-metody+sól kuchenna=osiąga się lepsze wyniki przy niskich parametrach hydraulicznych –osady stare-metoda hydrodynamiczna wprowadza się wodę pod ciśnieniem kilkuset atmosfer,osad się tnie

W strefie oporów kwadratowych ruchu burzliwego dla rur-wzór Prenda-Karmana

Do wynaczenia wskaźników oceny sprawności hydraulicznej sieci przewodów-przekształcony wzór Darcyego Weischbacha

Wzór jest poprwany przy założeniu że w przewodzie o długości L i średnicy D oraz chropowatośc bezwzględnej jego wewnętrznych ścian odbywa się przepływ wody w V strefie ruchu burzliwego tn.gdy współczynnik lambda zależy od rury Rc

W szczególnym wyadku gdy straty hydrauliczne spowodowane oporami miejscowymi są pomijalnie małe w porównaniu ze stratami na oporach liniowych można uprościć do

Delta H/L=c*Q^2

.Mateatyczny opis zjawiska przepływów w sieci wodociągowej

Stanowi go układ równań które wynikają z 2 podstawowych praw hydraulicznych

-z bilansu masy w węzłach(I prawo Kirchoffa)

-rónowagi energii w pierścieniach(II prawo Kirchoffa)

Zgodnie z I prawem które wyraża warunek ciągłości przepływu w każdym węźle można zapisać dla n węzłów niezależne bilanse w postaci:

1.suma natężeń dopływów Q i odpływów q jest równa zeru

∑Qy+∑qij=0 – zgodnie z II prawem w każdym pierścieniu

2.algebraiczn suma zmiany spadków ciśnienia we wszystkich gałęziach jest równa zeru

∑∆Hij=0

Opis matematyczny gałęzi9odcinków0 określa następującą zależność między spadkiem ciśnienia wzdłuż elementu a przepływem Qij

∑∆Hij=Hi-Hj=f(Qij) gdzie j=1,2…m

Gdzie f(..) jest to zależność funkcyjna między spadkiem ciśnienia a natężeniem przepływu w gałęzi i,j o węźle początkowym i i końcowym j

Jako zależność funkcyjną do obliczenia strat ciśnienia w sieci wraz z zasuwami najczęściej stosuje się wzór Darcyego

Dane są 2 modyfikacje zdefiniowanych równań zależności od wyznaczonych wysokości które pełnią role nieznanych zmiennych.Jeśli nieznaną zmienną będzie tylko wysokość ciśnienia(rzędna linii piezometrycznych) w węzłach połączeniowych Hij otrzymujemy formę modelu węzłowego.W rozwiązaniu modelu wezowego zakłada się rzędne linii piezometrycznych Hw.We wszystkich węzłach w ten sposób,aby spełniony był warunek równowagi ciśnienia w pierścieniach(II prawo Kirchoffa).W kolejnych itercjach kontroli podlega warunek ciągłości w węzła(I prawo Kiroffa)a poprawieniu ulegają wysokości ciśnienia w węzłach lub spadku hydraulicznego w przewodach np.model Newtona stosowany do rozw. Układu równań nieliniowych.

Różne metody:metoda Newtona 2.,metoda Crossa

Rozwiązanie równań metodą Netona

-poprawia natężenie przepływu Q we wszytkich pierścieniach jednocześnie

-zmodyfikowana postać met.Newtona znana pod nazwą met.Ilina-Kalinkina.Wyznacza się poprawki przepływu delta dla poszczególnych przewodów po rozwiązaniu układu równań

Opis metody gradientu Newtona-Paphsona

-rozw.układu równań nieliniowych

-warunkiem koniecznym dla scharakteryzowania ustalonego stanu hydraulicznych sieci rurociągów jest równocześnie spełnione:

1.równanie ciągłości we wszystkich węzłach(I prawo Kirchoffa)

∑Qy+∑qij=0 j=1,2…m

2.zależności strat ciśnienia deltaH=F(Q)

∑∆Hij=Hi-Hj=f(Qij)

Różice

-oparty na operatorze gradientowym (element optymalizacji poszczególnych zmiennych v,P)

Metoda Todinii

-układ równań liniowych A*Hw=F

[A]-Jacobego o wymiarze(nw*nw)

Hw-wektor nieznanych wysokości ciśnienie w węzłach połączeniowych o wym nw*1

-wektor członów A i Hw

UZBROJENIE SIECI WODICIĄGOWYCH

1.zasady tworzenia sieci wodociągowej obowiązuje

-wąska ulica

-szeroka ulica

Sposób uzbrajania sieci

1.uzbrojenie regulujące przepływ wody (zasuwy,przepustnice,zawory sterujące)

2.uzbrojenie czerpalne(hydranty-zdroje uliczne)

3.uzbrojenie zabezpieczajce(odpowiedniki,kompensatory,zawory regulacyjne,przeciwuderzeniowe,antyskorzeniowe wznane jako pomiarowe(wodomierze,przepływomierze,monometry tarczowe i monometry elektroniczne umożliwiające przepływ ciągły)

Ad.1zasuwa-ukierunkowanie przepływowe,opróżnianie przewodów wodociągów

Zależne od obudowy:plaskie

Zależne od miejsca położenia przwodów:

-kielichowe-mogą być układane w guncie

-kołnierzowe-mogą być układane w obiektach(przepompowniach wodociągowych)

Zasady rozmieszczania Zasów

-instaluje się w węzłach sieci i odcinkach prostych(zasada 4-ech zamkniętych Zasów maxymalnie)

-rozmieszczenie Zasów na długości (magistral,tranzytowe) ,powyżej 500mm rury umieszczone są w specjalnych studzienkach o mniejszej średnicy w gruncie bezpośrednio.Studzienki są betonowe.Strop studzienki powinien być rozbieralny(łatwa demontacja)

Klapa zwrotna

-istnieje możliwość przepływu tylko w jednym kierunku

-zastosowanie:przepływy tłoczne w pompowniach,zbiorniki wyrównawcze,przewody wodociągowe ale gdy zamontowany jest wodomierz,na przyłączach

Przepustnice zwrotne-w przypadku awarii automatyczne przepustnice-jeśli wzrasta przepływ to przepustnica ogranicza ten przepływ

Zawory odwadniające

-na sieci wodociągowej stosowane

Przykład rozwiązania odwodnini przewodu magistralnego:przez syfon i przez zasyfonowaną studzienkę

-stosje się w najniższych pktach sieci wodociągowej

Przykłady rozwiązania odwodnień siec i wodoc. Przez odwodnienie z syfonem,odwodnienie magistrali,odwodnienie magistrali z żeliwnym syfonem,odwodnienie dla płytkiego kanału

Hydranty-armatura czerpalna

-hydranty podziemne:znajdują się w sąsiedztwie ulic gdzie mogłyby stanowić przeszkody uliczne,woda-jeśli potrzebny trudno go zlokalizować

-hydranty nadziemne:zalecane do stosowania,stosuje się zabezpieczenie kulowe,powinny być rozmieszcane co na sieci rozdzielczej Sm<x<20m odl od budynku,2m od krawędzi jezdni

-hydranty pożarowe:cele ogólnokomunalne-polewanie ulic,cele gospodarczo budowlane,odwadniacze,odpowiedniki jeśli zamontowane w największych pktach sieci

Montowanie:w sieci pierścieniowej montuje się ponad średnicą w sieci rozgałezieniowej co najmniej średnice

Zdroje uliczne-to punkty czerpania wody tam gdzie nie ma

Armatura zabezpieczająca,ochronna:odpowiedniki,wydłużki kompensacyjne,zawory przeciwuderzeniowe,antyskorzeniowe

Zastoowanie i cel armatury:

-powinna chronić przewód przed gromadzeniem się powietrza(wydziela się na ogół w najwyższych punktah)

-tam gdzie jest wyższe ciśnienie stosuje się nadpowietrzniki

-aby przeciwdziałać dużym siłom wewnątrz, żeby nie nastąpiło rozszczelnienie złącza

-przeciw dopływowi z zewnątrz zanieczyszczonej wody stosuje się zawory antyskożeniowe

-stosowane są w studzienkach-odadniacze i odpowiedniki

Zawór kulowy:odpowietrzający,napowietrzający

Wydłużki kompensacyjne-3 rodzaje:

-Sprężystewykonane z blachy miedzianej,stosuje się gdy wodociąg zagrożony siłami ścianającymi

-dławieniowe-wykonane z żeliwa i brązu,pozwalają na podłużne odkształcenie rurociągu bez powstawania naprężeń

-mieszkowe

Montuje się je na przewodach stalowych w celu zabezpieczenia przed naprężeniem osiowym

Zawory

-redukcyjne-redukuje ciśnienie na dopływ ciśnienia,montuje się w strefie różnicy ciśnień,działanie:ustala się poziom ciśnienia na wypływie zaworu i reguluje się do ciśnienia

-zawory bezpieczeństwa tzn.przeciwudezeniowe:wzrost ciśnienia spowodowane gwałtownym zamknięciem zaworu,zawory sprężynowe,zmniejsza efekt uderzenia hydraulicznego

-zawory antyskożeniowe

Miejsca gdzie należy montować zawory antyskożeniowe:kształtownie,laboratorium fotograficzne,myjnie samochodów,komory zsypu,urządzenia zabezpieczające,pralnie

Wodomierze:znajdują się w rejonach eksploatacyjnych,w granicach stref-umożliwiają kontrole strat wody,wodomierz u odbiorcy w większości mieszkań

Rodzaje wodomierzy:

-skrzydełkowe do średnicy

-śrubowe do średnicy >40mm

Elementy:przepływomierze-instaluje się powyżej 400mm.Wyróżniamy przepływomierze elektromagnetyczne i elektrodźwiękowe które służą do bilansowania wody

Monitoring stanu sieci

Warunki pomiaru:musza być odpowiednie prędkości by w rurociągu był ruch burzliwy(lambda zależy od przepływu) oraz odpowiednie różnice ciśnień na manometrach(ok.1mmożliwy błąd pomiaru-im różnica ciśnień większa tym korzystniejsze przepływy)

Bloki oporowe-powinny być stosowane bo rurociąg pracujący nie jest odporny na obciążenia wdłużne:

-połącznie kołnierzowe

-rury stalowe-nie trzeba stosować bloków

-kolana,łuki,odgałęzienia,zasuwy(powstają siły rozrywające przez co rurociąg może się przemieścić)

-rury z tworzyw sztucznych łączonych oporowo(zwężki,kolanka)

-rury polietylenowe(nie)

-zmiana potencjału z polietylenu na żeliwo(tak)

-z polietylenu-stal

Sposób zamontowania zasuw-osiadanie równomierne wraz z rurociągiem