Hydraulika urządzeń wodociągowych Tom 2

W książce przedstawiono podstawowe zależności i metody obliczania przepływów w różnych urządzeniach wodociągowych i ich złożonych układach, takich jak: - pojedyncze i złożone układy przewodów; - pojedyncze i złożone układy pompowe, w tym uderzenia hydrauliczne; - układy pompowo-hydroforowe; - pompowe i lewarowe ujęcia wód podziemnych, w tym lewary Steinwendera; - pierścieniowe sieci wodociągowe; - układy wodociągowe ze zbiornikami. Zaprezentowano także analizę zjawisk przepływowych w różnorodnej armaturze wodociągowej, w wielofunkcyjnych automatycznych zaworach regulacyjnych oraz warunki przemieszczania się powietrza w przewodach wodociągowych. Omówione metody mogą stać się podstawą tradycyjnie wykonywanych obliczeń lub posłużyć do opracowania programów komputerowych, umożliwiających przeprowadzanie symulacji działania rozważanego układu w zmiennych warunkach eksploatacji. Publikacja ma charakter podręcznika akademickiego dla studentów uczelni technicznych oraz rolniczych, na których wykładane są przedmioty związane z problematyką zaopatrzenia w wodę. Książka może być przydatna również inżynierom zajmującym się projektowaniem i eksploatacją urządzeń wodociągowych.

Spis treści

ZESTAWIENIE NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH SYMBOLI 7 1. PODSTAWY OBLICZANIA PIERŚCIENIOWYCH SIECI WODOCIĄGOWYCH 15 1.1. Podstawowe pojęcia i klasyfikacje 15 1.2. Założenia upraszczające do metod obliczeniowych 19 1.3. Związek między liczbą elementów sieci pierścieniowych 20 1.4. Podstawowe równania układu sieciowego 22 1.5. Sformułowanie zadań hydraulicznego obliczania sieci wodociągowych 28 1.6. Analiza liczby rozporządzalnych równań 30 1.7. Opis topologiczny układów hydraulicznych. Zastosowanie teorii grafów 34 1.7.1. Wprowadzenie 34 1.7.2. Podstawowe definicje i twierdzenia teorii grafów 37 1.7.3. Metody odwzorowywania geometrycznej budowy sieci 42 1.7.4. Macierzowe odwzorowania grafu 43 1.7.5. Odwzorowanie grafu zbiorami incydencji 51 1.8. Wprowadzenie do budowy algorytmów obliczeń 54 1.8.1. Ogólne pojęcia i zasady. Schematy blokowe algorytmów 54 1.8.2. Algorytmy obliczenia przepływów w przewodach 60 Bibliografia 66 2. METODY OBLICZANIA SIECI PIERŚCIENIOWYCH 67 2.1. Wprowadzenie 67 2.2. Metody zakładające wstępne spełnienie I prawa Kirchhoffa 68 2.2.1. Metody poprawiania Qk w przewodach sieci 68 2.2.2. Metoda poprawiania spadków naporów ?Hk w przewodach 101 2.3. Metody zakładające wstępne spełnienie II prawa Kirchhoffa 106 2.3.1. Metody poprawiania naporów Hj w węzłach 107 2.3.2. Metoda poprawiania spadków naporów ?Hk w przewodach 118 2.4. Powiązania między metodami i analiza porównawcza 124 2.5. Energochłonność sieci pierścieniowej 127 Bibliografia 129 3. METODY OBLICZANIA POMPOWNI WODOCIĄGOWYCH 134 3.1. Wprowadzenie 134 3.2. Metody obliczania układu pompowego 135 3.2.1. Budowa modelu 135 3.2.2. Ocena opisu matematycznego pompowni 143 3.2.3. Sformułowanie zadań hydraulicznego obliczania pompowni 144 3.2.4. Metody rozwiązywania zadań 145 3.2.5. Wnioski i uwagi końcowe 165 3.3. Współdziałanie kilku pompowni 166 3.3.1. Zagadnienia łączenia układów wodociągowych 166 3.3.2. Analiza współdziałania jednej pompowni z rozgałęzioną siecią 167 3.3.3. Sformułowanie zadań obliczeniowych 169 3.3.4. Współdziałanie kilku pompowni z rozgałęzioną siecią 170 3.3.5. Uwagi końcowe 185 Bibliografia 186 4. WSPÓŁDZIAŁANIE ZBIORNIKA Z UKŁADEM WODOCIĄGOWYM 187 4.1. Wprowadzenie 187 4.1.1. Wstępne określenie przedmiotu rozważań 187 4.1.2. Budowa i ogólne zasady działania układów wodociągowych 188 4.1.3. Zbiorniki w układach wodociągowych 192 4.1.4. Zakres rozważań i sformułowanie zagadnień 198 4.2. Warunki współdziałania elementów składowych układu 201 4.2.1. Współdziałanie zbiornika wieżowego z siecią 201 4.2.2. Współdziałanie pompowni z siecią ze zbiornikiem końcowym 205 4.2.3. Określenie wydajności pompowni sieci ze zbiornikiem końcowym 206 4.3. Analiza warunków działania wybranych układów 212 4.3.1. Wstępne uwagi ogólne 212 4.3.2. Układ z początkowym zbiornikiem sieciowym 215 4.3.3. Układ ze zbiornikiem końcowym 217 4.3.4. Układ bez zbiornika wieżowego 219 4.3.5. Warunki działania układu podczas gaszenia pożaru 221 4.3.6. Wyznaczanie pojemności użytkowej zbiornika górnego 223 4.3.7. Uogólniony model obliczeniowy układu wodociągowego 229 4.4. Wpływ rozbioru wody na wielkość zbiornika 232 4.4.1. Zapotrzebowanie na wodę w miastach i osiedlach 232 4.4.2. Wyznaczanie objętości użytkowej zbiorników 243 4.4.3. Uwagi i wnioski końcowe 251 Bibliografia 252 5. UDERZENIA HYDRAULICZNE 255 5.1. Wstępne określenie zjawiska 255 5.2. Techniczne warunki wywołujące zjawisko 256 5.3. Opis uderzenia hydraulicznego w przewodzie tłocznym pompy 256 5.4. Mechanizm uderzenia hydraulicznego 258 5.5. Zależności obliczeniowe dla wielkości uderzenia hydraulicznego 260 5.6. Metody tłumienia uderzeń hydraulicznych 268 5.7. Układ równań przebiegu uderzenia hydraulicznego 283 5.8. Przegląd metod analizy przebiegu uderzenia hydraulicznego 293 5.9. Metoda charakterystyk analizy uderzenia hydraulicznego 295 5.9.1. Określenie rodzaju układu równań Allieviego–Streetera 295 5.9.2. Sformułowanie zagadnienia Cauchy'ego 296 5.9.3. Wyprowadzenie metody charakterystyk przez zamianę zmiennych niezależnych 297 5.9.4. Wyznaczanie charakterystyk 302 5.10. Zastosowanie metody charakterystyk do rozwiązywania układu równań uderzeń hydraulicznych 303 5.11. Kryterium stabilności metody charakterystyk 312 5.12. Warunki graniczne uderzenia hydraulicznego 312 5.13. Uwagi końcowe 314 Bibliografia 315 6. REGULACJA UKŁADÓW WODOCIĄGOWYCH 322 6.1. Wprowadzenie 322 6.2. Zastosowania zaworów regulacyjnych w technice wodociągowej 326 6.3. Zawór główny 327 6.4. Ogólny opis budowy i wyposażenia instalacji sterującej 332 6.5. Przegląd rodzajów zaworów sterujących i ich zastosowań 333 6.5.1. Zawór ZSA do redukcji ciśnienia wylotowego 334 6.5.2. Zawór ZSB do regulacji natężenia przepływu 335 6.5.3. Zawór ZSC do regulacji spadkiem ciśnienia 335 6.5.4. Zawór ZSD do zmniejszania ciśnienia wlotowego 336 6.5.5. Zawór ZSE do regulacji różnicy ciśnień 337 6.5.6. Uwagi uzupełniające 338 6.6. Zawór redukujący ciśnienie wylotowe 339 6.7. Zawór regulacji natężenia przepływu 340 6.8. Uwagi ogólne dotyczące instalacji sterujących 343 6.9. Wnioski i uwagi końcowe 345 Bibliografia 346 7. POWIETRZE W PRZEWODACH WODOCIĄGOWYCH 348 7.1. Zagadnienia występowania powietrza w przewodach 348 7.2. Zadania zaworów odpowietrzająco-napowietrzająch 350 7.3. Przegląd konstrukcji zaworów i zasad ich działania 351 7.4. Ogólne sformułowanie zagadnień obliczeniowych 357 7.5. Zagadnienia prędkości samoodpowietrzania 359 7.6. Analiza porównawcza stanu wiedzy 359 7.7. Dotychczasowe zasady określania prędkości samoodpowietrzania 362 7.8. Eksperymentalna weryfikacja prędkości samoodpowietrzania 364 7.8.1. Budowa instalacji eksperymentalnej i metodyka badań 364 7.8.2. Warunki podobieństwa modelowania 365 7.8.3. Wyniki badań 368 7.8.4. Wnioski końcowe 369 Bibliografia 370 SKOROWIDZ 373 SPIS TREŚCI TOMU 1 377