Choosing of polyethylene pipes for outdoor networks

В стране в настоящее время полиэтиленовые трубы могут производиться [1] при одном и том же наружном диаметре с различными толщинами стенок (табл. 1–3) в зависимости от класса ПЭ. Для разных классов полиэтилена установлены и рабочие давления от 0,25 до 2,5 МПа в зависимости от класса полиэтилена (табл. 4) для всех диаметров труб вплоть до 1400 мм и для всех SDR от 41 до 6 мм (табл. 5). Трубы из ПЭ для наружных водопроводно-канализационных сетей следует выбирать по гидравлическим показателям трубопровода с учетом внутренних диаметров и режимов течения (напорных либо самотечных) жидкости [2, 3].

Выбор для сетей водоснабжения и/или напорной канализации полиэтиленовых труб с сортаментными внутренними диаметрами следует осуществлять на основании гидравлических расчетов в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02–84 [4] по методике, приводимой в СП 40-102–2000 (раздел 3.5) [5].

Трубы из ПЭ для наружных водопроводно-канализационных сетей следует выбирать по гидравлическим показателям трубопровода с учетом внутренних диаметров и режимов течения (напорных либо самотечных) жидкости

Величина напора Н_тр, необходимая для транспортирования воды (стоков), в пределах точности используемой методики, определяется по формуле:

где i — удельные потери напора при температуре воды t [°C] (потери напора на единицу длины трубопровода), м/м; h_м.с.— потери напора в стыковых соединениях и в местных сопротивлениях [м], следует определять с учетом данных завода-изготовителя по местным сопротивлениям соединительных частей из стеклопластика. Допускается Σ_hм.с. принимать равной 10–20 % от Σ_il.

Потери напора на единицу длины трубопровода i без учета гидравлического сопротивления соединений определяют:

где l — коэффициент гидравлического сопротивления по длине трубопровода; V — средняя скорость течения воды (стоков), м/с; D_в — внутренний диаметр стеклопластиковых труб НТТ; g — ускорение свободного падения, м/с².

Коэффициент гидравлического сопротивления l следует определять по формуле из СП 40-102–2000:

Среднюю скорость течения воды (стоков) определяют из уравнения неразрывности струи для равномерного течения жидкости:

где Q — расход воды (стоков); м³/с; b — число подобия режимов течения воды:

(при b > 2 следует принимать b = 2); Re_ф — число Рейнольдса, фактическое:

За рубежом, в ряде европейских стран, широкое распространение имеет формула Прандтля-Кольбрука:

где К_э — абсолютная шероховатость труб.

Недостатком формулы Прандтля-Кольбрука является то, что коэффициент гидравлического сопротивления по длине трубопровода находится в ней в неявном виде

Формула Прандтля-Кольбрука теоретически обоснована советским ученым В.Н. Евреиновым. Недостатком этой формулы (8) является то, что коэффициент гидравлического сопротивления по длине трубопровода l находится в ней в неявном виде. Отечественный ученый к.т.н. А.Я. Добромыслов путем ее аппроксимации с целью выражения l в явном виде, используя свои и других исследователей экспериментальные данные, получил формулу (3).

При проведении предварительных гидравлических расчетов с целью выбора полиэтиленовых труб значения удельных потерь напора на единицу длины трубопровода (с учетом потерь напора на местных сопротивлениях 20 %) могут быть приняты (с точностью до 15 %) по номограмме на выровненных точках (см. рисунок п. 1 приложения 15.1 СП 40-102–2000). Более точные (до 5 %) гидравлические показатели напорных трубопроводов из полиэтиленовых труб можно получить по гидравлическим таблицам, в которых средняя скорость течения жидкости V [м/с] и гидравлический уклон iприводятся в зависимости от расхода Q [л/с] с учетом их внутреннего диаметра d_в [мм].

При выборе полиэтиленовых труб (из группы конкурирующих между собой труб из разных материалов) для устройства водопровода (напорной канализации) на основании вариантного проектирования с проведением технико-экономических расчетов следует пользоваться методикой, приводимой в СНиП 2.04.02–84. Потери напора на единицу длины трубопровода («гидравлический уклон») i с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений следует определять по формуле:

где l — коэффициент гидравлического сопротивления, определяется как:

Здесь d — внутренний диаметр труб, м; V — средняя по сечению скорость движения воды, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/с²; Re = Vd/v — это величина числа Рейнольдса;

v — коэффициент кинематический вязкости транспортируемой воды, м²/с. Значения показателя степени tи коэффициентов А₀, А₁ и Сдолжны приниматься, как правило, согласно табл. 6. Значение С дано для v = 1,3×10^–6м²/с (вода, t= 10 °С). Потери напора в водопроводах при проведении технико-экономических расчетов определяют:

где q — расчетный расход воды, л/с; d — расчетный внутренний диаметр труб, м. Значения коэффициента K и показателей степени nи рследует принимать согласно табл. 7.

При проведении гидравлических расчетов подземных самотечных водоотводящих трубопроводов из полиэтиленовых труб должны соблюдаться требования СНиП 2.04.03–85 [6] и стандарта СП 40-102–2000.

Определение гидравлического уклона i самотечного водоотводящего трубопровода из полиэтиленовых труб следует осуществлять по формуле:

где l_s— коэффициент гидравлического сопротивления трения по длине самотечного канализационного трубопровода из полиэтиленовых труб; V — средняя скорость течения стоков, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с²; R_s — гидравлический радиус потока стоков, м; b_s — безразмерный показатель степени;

При проведении гидравлических расчетов подземных самотечных водоотводящих трубопроводов из полиэтиленовых труб должны соблюдаться требования СНиП2.04.03–85 [6] и СП40-102–2000

где: а — эмпирический показатель степени, зависящий от К_э:

При проведении гидравлического расчета самотечных водоотводящих трубопроводов изполиэтиленовых труб значения минимальных скоростей должны приниматься больше незаиляющих, а максимальные скорости должны быть менее 5 м/с

где К_э — коэффициент эквивалентной шероховатости полиэтиленовых труб, м. Числа Рейнольдса следует определять по формулам:

где v — коэффициент кинематической вязкости сточной жидкости [м²/с] (табл. 8). Для бытовых стоков следует принимать v = 1,49×10^–6м²/с. Значение коэффициента кинематической вязкости для чистой воды следует принимать с учетом температуры транспортируемых стоков t_с [°С] (табл. 9).

Среднюю скорость течения стоков V_н при неполном наполнении самотечного трубопровода из полиэтиленовых труб следует определять по формуле:

где V_п— средняя скорость течения стоков при полном заполнении самотечного трубопровода, м/с; R_sн, R_sп — гидравлические радиусы при неполном и полном заполнения самотечного трубопровода, м.

За рубежом (в США, Японии и в других странах) для определения средней скорости широко используется формула Хазен-Вильямса:

где C_h–w — безразмерный эмпирический коэффициент. Для полиэтиленовых трубопроводов принимается C_h–w = 150–155. То есть, полиэтиленовые трубы рассчитываются как гидравлически гладкие. При значениях С_h–w = 100–150 формула Хазен-Вильямса пригодна для переходной зоны от гладких труб к шероховатым.

Для конкретного наполнения самотечного трубопровода расход стоков следует определять по формуле:

где w — живое сечение потока сточной жидкости при данном наполнении самотечного трубопровода, м².

Живое сечение самотечного трубопровода следует определять по формуле:

где d — расчетный диаметр (следует принимать внутренний диаметр) труб, м; К_w— коэффициент, учитывающий соотношение живых сечений потока при частичном и полном заполнениях самотечного трубопровода (табл. 10).

При выборе для устройства самотечного водоотводящего трубопровода полиэтиленовых труб из группы конкурирующих между собой труб из разных материалов на основании вариантного проектирования с проведением экономических расчетов, следует пользоваться методикой СНиП 2.04.03–85.

При выборе для устройства самотечного водоотводящего трубопровода полиэтиленовых труб из группы конкурирующих между собой труб из разных материалов следует пользоваться методикой из СНиП 2.04.03–85

Гидравлический расчет канализационных самотечных трубопроводов надлежит производить на расчетный максимальный секундный расход сточных вод по таблицам и графикам, составленным по формуле:

где V — скорость движения жидкости, м/с; С — коэффициент, зависящий от гидравлического радиуса и шероховатости смоченной поверхности самотечного трубопровода и определяемый как:

где:

n₁ — коэффициент шероховатости, следует принимать по табл. 11 (столб. 2); R — гидравлический радиус, м; i — гидравлический уклон.

СНиП 2.04.03–85 разрешают определять гидравлический уклон iдля самотечных трубопроводов по формуле, представленной в виде:

где g — ускорение свободного падения, м/с²; l — коэффициент сопротивления трению по длине, который следует определять по формуле, учитывающей различную степень турбулентности потока движущихся стоков:

где Δ — эквивалентная шероховатость, см; R — гидравлический радиус, см; a₂ — коэффициент, учитывающий характер шероховатости труб; Re — величина числа Рейнольдса.

При проведении гидравлического расчета самотечных водоотводящих трубопроводов из полиэтиленовых труб значения минимальных скоростей должны приниматься больше незаиляющих, а максимальные скорости должны быть меньше 5 м/с (табл. 12).

При поведении приближенных расчетов (с точностью 15–20 %) можно использовать номограммы — сетчатые либо на выровненных точках, а также соответствующие графики [7, 8].