109444142 3 Dimenzioniranje CJEVOVODA i Hidraulicki Proracun

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

3. DIMENZIONIRANJE I HIDRAULIČKI PRORAČUN 3.1. PRORAČUN POTREBNIH KOLIČINA VODE

Broj stanovnika:

N st Stočni fond: Krupna grla: N KG

N SG

Sitna grla:

JEDINICA

Podaci

2009.

2015.

2020.

2025.

Broj

Planski period

12

13

13

14

Broj

Proračun potrebnih količina vode izvršen je sukcesivno, za planski period od 15 god., kao i usvojene podatke o specifičnoj potrošnji potrošača i koeficijenata maksimalne dnevne i satne neravnomjernosti potrošnje. Isti je predstavljen u narednoj tabeli.

6 30

6 46

6 47

7 48

0.04

0.04

0.07

0.08

0.14

0.15

Specifična potrošnja:

qsp , KG

-Sitna grla:

qsp , SG

Srednji dnevni proticaj:

Qsr , dn Koeficijent maksimalne dnevne neravnomjernosti:

Kd Maksimalni dnevni proticaj:

Qmax,dn Koeficijent maksimalne satne neravnomjernosti:

Kh Maksimalni satni proticaj:

Qmax,h

180

l/potrošač,dan

-Krupna grla:

60 15

l/s

Stočni fond:

0.04

0.04

1.80

-

l/s

qsp , st

0.07

0.07

-

l/s

Stanovništvo:

2.00 0.13

Graleks d.o.o., Pale

0.14

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

Požarne količine vode Iz razloga što je riječ o malim vrijednostima izdašnosti izvorišta, količina za gašenja požara predstavlja značajniji udio u odnosu na proračunatu potrebnu količinu vode. Iz manje poznatog principa koji glasi: „Pri dimenzionisanju cijevnih vodova i rezervoara za manja naselja, moguće je uzeti količinu vode od požara ili maksimalnu časovnu, zavisno koja je veća, jer u slučaju požara stanovništvo ovakvog tipa naselja i gustine naseljenosti preduzimaju sve mjere za gašenje požara, te se za to vrijeme praktično voda i ne koristi za druge svrhe!“ Iz navedenog, proizilazi zaključak da je moguće proračunati potrebne količine vode, odnosno usvojiti dimenzije cijevovoda i zapreminu rezervoara, koje su veća od proračunatih potrebnih i/ili požarnih. Međutim, ni prema tom minimalističkom principu nije izvršeno dimenzioniranje potisnog-dovodnog cijevovoda, kao ni dimenzioniranje kaptaže-rezervoara (na veću količinu vode od navedenih kategorija), što bi za nešto veća od ovih naselja bilo ispravno i racionalno rješenje. Radi ekonomičnosti projektovanog vodovodnog sistema, pojam požarnih količina biće naknadno uveden, u smislu proračuna elementarnih (dostupnih) količina vode za tu svrhu, odnosno odgovarajućeg proticaja (Qpož), učestalosti (Xpož) i trajanja (tpož).

3.2. PRORAČUN POTREBNE ZAPREMINE KAPTAŽE-REZERVOARA Potrebna zapremina kaptaže, odnosno rezervoara, određena je na bazi rasporeda dotoka (koji je približno konstantan) i potrošnje u vremenu. Kao i kod postupka dimenzioniranja cjevovoda prikazanom u narednom poglevlju, ni rezervoar nije usvojen po principu „veće količine proračunate potrebne i požarne“, jer ni takvo rješenje ne bi bilo racionalno i ekonomski isplativo. Proračun je izvršen sa nešto većim koeficijentom dnevnog izravnanja „a(%)“ od računski dobijenog, i isti je usvojen: ausv = 50% Postupak dimenzioniranja kaptaže-rezervoara izvršen je prema dole navedenom obrazcu, a proračun minimalnog koeficijenta dnevnog izravnanja prikazan je u narednoj tabeli. Vrez = ausv × Qmax,h =

50 × 0.15 × 86400 = 6480l 100

usv Vrez = 6.50m3

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

POREBNA ZAPREMINA REZERVOARA

Graleks d.o.o., Pale

VRIJEME

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde POTROŠNJA NASELJA DOTOK Satna Ukupna Satni Ukupni

RAZLIKA Ukupno

(h)

(%)

(Σ)

(%)

(Σ)

(%)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

0 0 0 0 0 1 3 4 5 8 8 7 5 4 4 5 6 6 7 8 8 7 3 1 0

0 0 0 0 0 1 4 8 13 21 29 36 41 45 49 54 60 66 73 81 89 96 99 100 100 100%

4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 0.00 100%

4.17 8.33 12.50 16.67 20.83 25.00 29.17 33.33 37.50 41.67 45.83 50.00 54.17 58.33 62.50 66.67 70.83 75.00 79.17 83.33 87.50 91.67 95.83 100.00 100 100%

4.17 8.33 12.50 16.67 20.83 24.00 25.17 25.33 24.50 20.67 16.83 14.00 13.17 13.33 13.50 12.67 10.83 9.00 6.17 2.33 -1.50 -4.33 -3.17 0.00 0.00

UKUPNO:

MINIMALNI KOEFICIJENT DNEVNOG IZRAVNANJA:

a (%) =

I 25.33+4.33 I

29.67%

Usvojena je kaptaža-rezervoar pravougaonog poprečnog presjeka, sljedećih dimenzija: Širina : B = 2.50m Dužina : L = 2.0m Dubina : h = 1.30m Projektovani rezervoar, zajedno sa kaptažom i pumpnom stanicom (jedan objekat), nalazi se na koti izvorišta, odnosno na 950.0 m.n.m. Kota dna rezervoara je 948.70 m.n.m., a kota gornje vode je 950.0 m.n.m.

3.3. PRORAČUN PRELIVA

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

Usvojena je cijev DN 50 mm sa prelivnim fazonskim komadom na vrhu. Obim prelivnog komada od PE 100 je: 110 O = D ×π = × 3.14 = 0.346m 1000 Prema datoj formuli za proticaj: Q prel = m p × b × 2 g × H

3 2 p

Q prel = Qiusv = 0.10l / s m p = 0.42 b = O = 0.346m 3

3   Qprel   0.10 × 10−3 Hp =   =    mp × b × 2 g   0.42 × 0.346 × 2 × 9.81    H p = 0.00000194m ≅ 0.00194mm

Što zbog odabranog prečnika prelivno-ispusnog cjevovoda predstavlja zanemarljivu visinu nadsloja. Visinska kota preliva iznosi 950.0 m.n.m. (kota gornje vode).

3.4. PRORAČUN POTISNOGDISTRIBUCIONOG CJEVOVODA 3.4.1. Izbor vrste i tipa cijevi Analizom troškova na tržištu roba i usluga, za kupovinu, transport i montažu, odnosno izradu 1 m’ montiranog cjevovoda, te mogućnosti nabavke istih, projektant se odlučio za PE 80 cijevi od polietilena visoke gustoće (Proizvođača: Weltplast, PipeLife, Konti-Hidroplast i sl.). Jedan dio fazonskih komada je od PE 100, dok je ostali dio, zajedno sa potrebnim armaturama od DL, ductil liva, odnosno fitinzi od mesinga i legura čelika (Proizvođača: HawleValman, MiV, Wilo i sl.). Nazivni pritisci (NP), debljine stijenki cijevi (s), kao i ostale karakteristike odabranih cijevi, fazonskih komada i armatura, proračunate su i prikazane u narednim poglavljima. 3.4.2. Hidraulički proračun cjevovoda Hidraulički proračun i dimenzioniranje PE 80 cijevi izvršeno je prema tabelarnom pregledu osnovnih projektinih parametara proizvođača ovih cijevi. Krak 1, (Kaptaža-Centar):

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

Q1 = Qmax, h ×

24 24 = 0.15 × = 0.15l / s tp 24

v1, p = 1m / s 4 × Q1 4 ×15 × 10−3 = = 0.0138m ≅ 13.82mm v ×π 1× 3.14 Usvojeno : DN25mm,(∅1") D1,ppot =

v1,stvp = 0.31m / s Gubici : L1 = 95.0m ∆h1,lin = λ

L1 v12 95 0.312 = 0.02 × × = 0.37 m D1 2 g 0.025 2 × 9.81

v12 0.312 = [ 11.0 + 2 × 0.20 + 3 × 0.25 + 2 × 0.20 + 0.35 + 1.70] × = 0.07 m 2g 2 × 9.81 - Usisna korpa sa povratnom klapnom: ξUK = 11.0 - Zatvarač: ξ Z = 0.20 - Koljena: ξ K = 0.25 - Redukcije: ξ R = 0.20 - Povratna klapna: ξ PK = 1.70 - Račva: ξ R = 0.35

∆h1,lok = Σξlok

Krak 2, (Centar-Objekat „A“): Q2 = v2, p

Qmax, h

3 = 1m / s

= 0.05l / s

4 × Q2 4 × 0.05 × 10−3 D = = ≅ 7.98mm v ×π 1× 3.14 Usvojeno : DN18mm,(∅3 / 4") p 2, pot

v2,stvp = 0.20m / s Gubici : L2 = 190.0m ∆h2,lin

L2 v22 190 0.202 =λ = 0.02 × × = 0.43m D2 2 g 0.018 2 × 9.81

Krak 3, (Centar-Objekat „B“): Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

Qmax,h

Q3 = v3, p

3 = 1m / s

= 0.05l / s

4 × Q3 4 × 0.05 ×10−3 = ≅ 7.98mm v ×π 1× 3.14 Usvojeno : DN13mm,(∅1/ 2") D3,p pot =

v3,stvp = 0.38m / s Gubici : L3 = 20.0m ∆h3,lin = λ

L3 v32 20 0.382 = 0.02 × × = 0.23m D3 2 g 0.013 2 × 9.81

Krak 4, (Centar-Objekat „C“): Q4 = v4, p

Qmax, h

3 = 1m / s

= 0.05l / s

4 × Q4 4 × 0.05 × 10−3 D = = ≅ 7.98mm v ×π 1× 3.14 Usvojeno : DN13mm,(∅1/ 2") p 4, pot

v4,stvp = 0.38m / s Gubici : L4 = 53.0m ∆h4,lin

L4 v42 53 0.382 =λ = 0.02 × × = 0.60m D4 2 g 0.013 2 × 9.81

3.5. PRORAČUN PUMPNOG AGREGATA Odabrani pumpni agregat mora da zadovolji sljedeće konturne uslove: - Protok: Q p = 0.15l / s - Visina pumpanja: H m = H g + Σ(∆hlin + ∆hlok ) + H pot + ( P + S ) × 3 + H pož H m = 18.50 + (1.63 + 0.07) + 20 + ( P + 1) × 3 + 0.0 = 46.20m - Snaga pumpe:

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

N=

γ Q p H m 9.81× 0.15 × 10−3 × 46.20 = = 0.15kW ηp 0.45

N p = 1.2 × N = 1.2 × 0.15 = 0.18kW 3.5.2. Radna tačka pumpe Proračun radne tačke pumpe (presječna tačka karakteristika pumpe i cjevovoda, odnosno njihovih Q-H linija), izvršen je tabelarno. Grafički prikaz predstavljen je na narednim stranicama, odnosno u Prilogu br.11. Odabran je horizontalni centrifugalni pumpni uređaj “Wilo-MultiPress HMP 305 1~ Silent Master”, s centrifugalnom pumpom u kompaktnoj izvedbi i horizontalnim usisnim i vertikalnim tlačnim nastavkom. Sastoji se od apsolutno tihe, normalno usisavajuće, višestepene, horizontalne, visokotlačne centrifugalne pumpe s osovinom koja prolazi kroz motor-pumpe i kliznomehaničkom brtvom neovisnom o smjeru vrtnje. Direktno preko prirubnice spojeni s jednofaznim motorom i integrisanim prekidačem za zaštitu motora, te kondenzatorom kod izvedbe s jednofaznim motorom. Upravljanje pumpom preko sklopa za upravljanja tlačnim spremnikom s membranom od 50l, blokadom povratnog toka, tlačnim prekidačem manometrom (0-6 bar). Svi dijeloviu dodiru sa transportiranim medijem su antikorozivni. Pumpa montirana gotova za priključivanje i spojena žicama sa 3 m kabela i mrežnim utikačem. Kod trofazne izvedbe priključak preko kutije s priključcima. •

Proizvođač: “WILO”

•

Vrsta pumpe: “WILO-MultiPress HPM 305 1~ Silent Master”

•

Tip: Višestepena -Centrifugalna-Horizontalna-Samousisna-Hidropak pumpa

•

Protok: Q p ,0 = 0.22l / s

•

Visina pumpanja: H m,0 = 47.0m

•

Koeficijent radnog dejstva: µ p ,0 = 11%

•

Snaga motora: P2 = 0.96kW

•

NPSH: 0.50m

•

Ostalih karakteristika: Prilog br. 11

Graleks d.o.o., Pale

q-HM

JEDINICA

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

KARAKTERISTIKE CJEVOVODA PE 80, K=0.01 0.05 0.18 0.02 0.06

0.10 0.36 0.03 0.12

0.15 0.54 0.05 0.18

0.20 0.72 0.07 0.24

L1 L2 L3 L4 D1 D2 D3 D4 v1 v2 v3 v4 Δh1 Δh2 Δh3 Δh4 ΣΔh Hg Hpot (P+1)x3

l/s m3/h l/s m3/h m m m m mm mm mm mm m/s m/s m/s m/s m m m m m m m m

0.10 0.07 0.13 0.13 0.04 0.05 0.02 0.07 0.18

0.20 0.13 0.25 0.25 0.16 0.18 0.10 0.26 0.71

0.31 0.20 0.38 0.38 0.36 0.42 0.22 0.59 1.59

0.41 0.26 0.50 0.50 0.64 0.74 0.40 1.05 2.83

Hm

m

44.68

45.21

46.09

47.33

Q2,3,4

0.30 1.08 0.10 0.36 95 190 20 53 25 18 13 13 0.61 0.39 0.75 0.75 1.45 1.66 0.89 2.36 6.36 18.50 20.00 6.00 50.86

0.40 1.44 0.13 0.48

0.60 2.16 0.20 0.72

0.80 2.88 0.27 0.96

1.00 3.6 0.33 1.2

0.82 0.52 1.01 1.01 2.57 2.96 1.58 4.20 11.31

1.22 0.79 1.51 1.51 5.79 6.65 3.56 9.45 25.46

1.63 1.05 2.01 2.01 10.30 11.83 6.34 16.79 45.26

2.04 1.31 2.51 2.51 16.09 18.48 9.90 26.24 70.71

55.81

69.96

89.76

115.21

K arakteristike cjevovoda 140.00 Visina pumpanja Hm (m)

Q1

120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0.18

0.36

0.54

0.72

1.08

1.44

Protica j Q (m 3/h)

Graleks d.o.o., Pale

2.16

2.88

3.6

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

3.6. PRORAČUN HIDRAULIČKOG UDARA Hidraulički udar proveden je za najkraću dionicu cjevovoda (Kaptaža-Objekat „B“), što predstavlja najnepovoljniju varijantu (reprezent manifestacije datog procesa): L = 95 + 20 = 115.0m D = 30.8mm s = 2.9mm Q = 0.22l / s v = 0.45m / s

H = 47.0m Ev = 2.1×109 Pa Ec = 0.9 ×109 Pa

ρv = 1000kg / m3

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

a0 =

Ev 2.1×109 = = 1449m / s ρv 103

a0 1449 = = 285.37m / s 9 Ev D 2.1 × 10 30.8 1+ × 1+ × Ec s 0.9 ×109 2.9 H 47 = = 0.41 L 115 c=0 K =2 K × L × v 2 × 115 × 0.45 τ =c+ = = 0.22 s g×H 9.81× 47 2 × L 2 ×115 = = 0.81s > 0.22s a 285.37 a × v 285.37 × 0.45 min ∆hmax = = = 13.09m g 9.81 H max = H + ∆hmax = 47.0 + 13.09 = 60.09m a=

pmax = 5.89bara Proračun debljine stijenke cijevi D1 = 30.8mm

K 8.0 = = 6.4 MPa C 1.25 D × pmax s= 20 × σ dop + pmax

σ dop =

D2 = 22.6mm D3,4 = 16.8mm s1 = 2.9mm s2 = 2.3mm s3,4 = 1.9mm pmax = 5.89bara K = 8.0 MPa C = 1.25

30.8 × 5.89 = 1.35mm 20 × 6.4 + 5.89 22.6 × 5.89 s2 = = 0.99mm 20 × 6.4 + 5.89 16.8 × 5.89 s3,4 = = 0.74mm 20 × 6.4 + 5.89 s1 =

Odabrana vrsta i tip cijevi KRAK 1 2 3 4

VRSTA I TIP CIJEVI PE 80 NP 10 bara

PROFIL CIJEVI

DEBLJINA STIJENKE

DUŽINA

DN (mm)

Ø ( “)

s (mm)

L (m)

25 18 13 13

1 3/4 1/2 1/2

2.9 2.3 1.9 1.9

95 190 20 53

Pad linije energije pri optimalnom radu pumpe Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

Krak 1:

Krak 2:

Q1 = Q p,0 = 0.22l / s v1,stvp = 0.45m / s

Q2 = v2,stvp

∆h1,lin = 0.78m

Q p ,0

= 0.07l / s

3 = 0.29m / s

∆h1,lin = 0.90m

∆h1,lok = 0.15m

Krak 3: Q3 = v3,stvp

Q p ,0

= 0.07l / s

3 = 0.55m / s

∆h3,lin = 0.48m

Krak 4: Q4 = v4,stvp

Q p ,0

= 0.07l / s 3 = 0.55m / s

∆h3,lin = 1.26m

Požarne količine vode1 Proračunom su utvrđene dostupne količine vode za ovu svrhu, kao i maksimalni dostupni pritisci na tačkama istočišta. Isti je izvršen samo za najnepovoljniji slučaj (istočište na tački „Ap“). Pored već navedenog osnovnog principa za proračun požaranih količina za mala naselja, usvojene su i sljedeće karakteristike: • Proračunati broj istovremenih požara: Xpož=1 • Vrijeme trajanja požara: tpož=2h Tačka „Ap“: H m = H g + ∆huk H g = (18.50 + 6) − 1.0 = 23.50  v2  v12  L1 L  ×λ + Σξ1  + 2 × 1 + λ 2  2 g  D1 D2   2g  v12 × D12 = v22 × D22 ∆huk =

v12 = 0.5184 × v22 v1 = 0.72 × v2 0.5184 × v22  950 v22 1900    ∆huk = ×  0.02 + 14.6  + ×  1 + 0.02  2 × 9.81  0.25 0.18   2 × 9.81  ∆huk = 1.320v22 16 × Q 2 v = 4 = 4851.545Q2 D2 × π 2 2

∆huk = 6404.039Q 2 H m = 23.50 + 6404.039Q 2

1

Požarne količine vode dobijene su na osnovu stvarnih-dostupnih količina, ne poštujući u potpunosti odredbe iz “Zakona od zaštiti od požara”, Službeni glasnik Republike Srpske, broj 16/05. Dato tehničko rješenje smatrati opravdanim zbog male izdašnosti kaptiranog izvorišta, te racionalnosti i ekonomičnosti sistema za vodosnabdijevanje (rezervoar, cjevovodi). Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

N p = 0.75kW = 750W

η p = 0.11 9.81× Q × (23.50 + 6404.039Q 2 ) 0.11 3 Q + 0.00367Q − 0.001313 = 0 Q = 0.23l / s v1 = 0.47 m / s 750 =

v2 = 0.90m / s ∆huk = 1.02 + 8.76 = 9.78m −2 p max = 1.20bara pož , Ap = (46.50 − 18.50 − 6 − 9.87) × 9.81× 10 max Q pož , Ap = 0.23l / s

t max pož , Ap =

6.50 = 7.85h 0.23 × 3.6

3.7. PRORAČUN ZAPREMINE KORITA ZA NAPOJ STOČNOG FONDA Projektovani preliv, pored osnovne ima i dodatnu funkciju. Naime, u noćnim časovima minimalne potrošnje (najčešće je ista jednaka nuli), projektovani prelivno-ispusni cjevovod u funkciji je punjenja korita za napoj dodatnog stočnog fonda. Prema tome, ukupna zapremina koju dati prelivno-ispusni organ može da propusti (proračun izvršen za vremenski period od T=6 h, konstantnog protoka), iznosi: Vkorita = Qprel × T = 0.10 × 6 × 3600 = 2160l Vkorita ≅ 2.16m3 Odnosno, dobijena količina vode može da zadovolji sljedeći dodatni broj stočnog fonda XSG (sitna grla), po jednom danu: qsp , SG = 15l / grlu , dan X SG =

Vkorita 2160 = = 144 grla / dan qsp , SG 15

Usvojen je sljedeći oblik, broj, dimenzije, debljina zida, zapremina i položaj napojnih korita: • •

Oblik: Pravougaoni Broj korita: 3

Graleks d.o.o., Pale

Glavni projekat Vodovod-Naselje Borak, Novo Goražde

•

Unutrašnje dimenzije: - Širina: Bk = 0.40m - Dužina: Lk = 4.50m - Visina: H k = 0.50m Debljina zida: d k = 8.0cm

• •

3 Zapremina jednog korita: Vk = 0.72m Položaj: 945.0 m.n.m.

•

Dimenzionisanje napojnog crijeva QNC = Qprel = 0.10l / s vNC = 1m / s DNC , pot =

4 × QNC 4 × 0.10 ×10−3 = ≅ 11.28mm v ×π 1× 3.14

Usvojeno : DN18mm,(∅3 / 4") stv vNC = 0.39m / s

Gubici : LNC = 63.0m  L v2 ∆hNC ,UK = 1.1×  λ NC NC  DNC 2 g

  63 0.392  = 1.1 × 0.02 × ×    = 0.60m 0.018 2 × 9.81   

Odabrana vrsta cijevi: PE 80 NP 4 bara. Maksimalna propusna moć napojnog crijeva: v=

1  L  1 + 1.1×  λ NC   DNC 

2 gH =

1 63   1 + 1.1×  0.02 ×  0.018  

2 × 9.81× 5 = 1.12m / s

0.0182 × 3.14 = 0.28l / s 4   Vkorita 2.16 = = 2,14h  T = Q 0.28 × 3.6   Q = v × A = 1.12 ×

Napomena: Dimenzionisana napojna korita, napojni cjevovod, kao i sva potrebna hidrotehnička oprema vezana za date objekte, neće biti tretirani ovim projektom, niti će biti uvršteni u pojedinačne i zbirne predmjere i predračune cijena i radova.

Graleks d.o.o., Pale