Как рассчитать высоту фонтана

Публикации

Чтобы правильно подобрать оборудование для фонтана (насос) и трубопровод нужного диаметра, необходимо произвести расчёты,с учётом многих факторов. Рассмотрим порядок проведения гидравлических рассчётов на конкретном примере.

Пример гидравлического рассчёта фонтана

Рисунок 1. Эскиз фонтана.

Исходные данные:

1. В проекте использовано три насадки Schaumsprudler 1 1/2″, высота струй — 2 м.
2. Длина всасывающей трубы — 7 м
3. Длина напорной трубы — 14 м (10 м+ 3 м+1 м)
4. Насос «сухой» установки

Порядок проведения рассчётов:

1. Определение единичного расхода на насадку
2. Определение суммарного расхода на насадки
3. Определение напора на насадку
4. Определение диаметра трубы (из расчета скорости в напорном трубопроводе не более 3 м/с, во всасывающем — 2 м/с)
5. Определение гидравлических потерь на 1 п.м. трубопровода
6. Определение длины трубопровода
7. Определение приведенной длины трубопровода (с учетом местных сопротивлений)
8. Определение потерь по длине трубопровода
9. Определение коэффициента сопряжения (из расчета 5% на одну насадку с последующим прибавлением 1% на дополнительную насадку)
10. Определение необходимого напора
11. Определение насоса (по рассчитанным расходу и напору)

Расчёт гидравлических характеристик:

1. Определение единичного расхода на насадку. Расход на одну насадку определяется из гидравлических характеристик насадки

Рисунок 2. Гидравлические характеристики насадки Schaumsprudler 1 1/2″

Для выбранной насадки при высоте струи 2 м расход составляет Q = 183 л/мин.

2. Определение суммарного расхода на насадки. Суммарный расход на 3 насадки составляет — Q₀ = 3 x 183 = 549 л/мин.

3. Определение напора на насадку. Напор на насадку определяется так же по гидравлическим характеристикам (рис. 2), в нашем случае он составляет H = 4,5 м.

4. Определение диаметра трубы. Диаметр трубы определяется по таблице потерь давления в трубопроводах:

Рисунок 3. Таблица потери давления в трубопроводах.

Для 549 л/мин по таблице получается труба диаметром D75 (2 1/2″). Наше значение в таблице не отображено, поэтому данные берём для ближайшего большего значения (563 л/мин). Скорость потока в трубе по таблице 2,6 м/с, что соответствует требованиям (не больш 3 м/с для напорного трубопровода).

5. Определение гидравлических потерь на 1 п.м. трубопровода. Гидравлические потери по таблице (рис. 3) составляют i₀ = 0,105 м вод.ст./м.

6. Определение длины трубопровода. Длина трубопровода составляет L=7 м+14 м= 21 м (см. рис. 1 и пункты 2, 3 исходных данных)

7. Определение приведенной длины трубопровода. Приведённая длина трубопровода равна планируемой длине трубопровода (см. предыдущий пункт) плюс потери напора на задвижках, тройниках, уголках, кранах и т.п. (местные потери).

Местные гидравлические потери определяются по таблице:

Рисунок 4. Таблица местных гидравлических потерь.

По эскизу фонтана (рис. 1) и таблице потерь (рис. 4) определяем потери и рассчитываем приведённую длину.

• поворот 90 0 (4 шт.) — 0,5 м на каждый
• крестовина (1 шт.) — 3,0 м
• задвижка (2 шт.) — 4,0 м на каждую
• обратнй клапан (1 шт.) — 3,5 м

L_пр. = L + L_{поворот}*4 шт. + L_{крестовина} * 1шт. + L_{задвижка} * 2шт. + L_{обратный клапан} * 1шт.

L_пр. = 21 + 0,5*4 + 3*1 + 4*2 + 3,5*1 = 37,5 м

8. Определение потерь по длине трубопровода. Гидравлические потери по длине рассчитываются по формуле:

h_L = 37.5 * 0,105 ≈ 3,94 м

9. Определение коэффициента сопряжения. Коэффициент сопряжения равен:

k = (100% +5% + 1% + 1%) / 100 = 1,07

10. Определение необходимого напора. Требуемый напор составляет:

H_тр. = (4.5 + 3.94) * 1.07 ≈ 9 м

11. Определение насоса (по рассчитанным расходу и напору). По нашим рассчётом получилось, что для нашего фонтана необходим насос с рабочей точкой:

Q₀ = 549 л/мин, H_тр. = 9 м. По гидравлическим характеристикам насосов подбираем подходящую модель.

По материалам: Васильев Д. А. Основы гидравлического расчёта фонтана. Пособие.

Табица потерь давления в трубопроводах взята с сайта компании ИТК-групп.

Источник

Основы гидравлического расчёта фонтана

Чтобы правильно подобрать оборудование для фонтана (насос) и трубопровод нужного диаметра, необходимо произвести расчёты,с учётом многих факторов. Рассмотрим порядок проведения гидравлических рассчётов на конкретном примере.

Пример гидравлического рассчёта фонтана

Рисунок 1. Эскиз фонтана.

Исходные данные:

1. В проекте использовано три насадки Schaumsprudler 1 1/2″, высота струй — 2 м.
2. Длина всасывающей трубы — 7 м
3. Длина напорной трубы — 14 м (10 м+ 3 м+1 м)
4. Насос «сухой» установки

Порядок проведения рассчётов:

1. Определение единичного расхода на насадку
2. Определение суммарного расхода на насадки
3. Определение напора на насадку
4. Определение диаметра трубы (из расчета скорости в напорном трубопроводе не более 3 м/с, во всасывающем — 2 м/с)
5. Определение гидравлических потерь на 1 п.м. трубопровода
6. Определение длины трубопровода
7. Определение приведенной длины трубопровода (с учетом местных сопротивлений)
8. Определение потерь по длине трубопровода
9. Определение коэффициента сопряжения (из расчета 5% на одну насадку с последующим прибавлением 1% на дополнительную насадку)
10. Определение необходимого напора
11. Определение насоса (по рассчитанным расходу и напору)

Расчёт гидравлических характеристик:

1. Определение единичного расхода на насадку. Расход на одну насадку определяется из гидравлических характеристик насадки

Рисунок 2. Гидравлические характеристики насадки Schaumsprudler 1 1/2″

Для выбранной насадки при высоте струи 2 м расход составляет Q = 183 л/мин.

2. Определение суммарного расхода на насадки. Суммарный расход на 3 насадки составляет — Q₀ = 3 x 183 = 549 л/мин.

3. Определение напора на насадку. Напор на насадку определяется так же по гидравлическим характеристикам (рис. 2), в нашем случае он составляет H = 4,5 м.

4. Определение диаметра трубы. Диаметр трубы определяется по таблице потерь давления в трубопроводах:

Рисунок 3. Таблица потери давления в трубопроводах.

Для 549 л/мин по таблице получается труба диаметром D75 (2 1/2″). Наше значение в таблице не отображено, поэтому данные берём для ближайшего большего значения (563 л/мин). Скорость потока в трубе по таблице 2,6 м/с, что соответствует требованиям (не больш 3 м/с для напорного трубопровода).

5. Определение гидравлических потерь на 1 п.м. трубопровода. Гидравлические потери по таблице (рис. 3) составляют i₀ = 0,105 м вод.ст./м.

6. Определение длины трубопровода. Длина трубопровода составляет L=7 м+14 м= 21 м (см. рис. 1 и пункты 2, 3 исходных данных)

7. Определение приведенной длины трубопровода. Приведённая длина трубопровода равна планируемой длине трубопровода (см. предыдущий пункт) плюс потери напора на задвижках, тройниках, уголках, кранах и т.п. (местные потери).

Местные гидравлические потери определяются по таблице:

Рисунок 4. Таблица местных гидравлических потерь.

По эскизу фонтана (рис. 1) и таблице потерь (рис. 4) определяем потери и рассчитываем приведённую длину.

• поворот 90 0 (4 шт.) — 0,5 м на каждый
• крестовина (1 шт.) — 3,0 м
• задвижка (2 шт.) — 4,0 м на каждую
• обратнй клапан (1 шт.) — 3,5 м

L_пр. = L + L_{поворот}*4 шт. + L_{крестовина} * 1шт. + L_{задвижка} * 2шт. + L_{обратный клапан} * 1шт.

L_пр. = 21 + 0,5*4 + 3*1 + 4*2 + 3,5*1 = 37,5 м

8. Определение потерь по длине трубопровода. Гидравлические потери по длине рассчитываются по формуле:

h_L = 37.5 * 0,105 ≈ 3,94 м

9. Определение коэффициента сопряжения. Коэффициент сопряжения равен:

k = (100% +5% + 1% + 1%) / 100 = 1,07

10. Определение необходимого напора. Требуемый напор составляет:

H_тр. = (4.5 + 3.94) * 1.07 ≈ 9 м

11. Определение насоса (по рассчитанным расходу и напору). По нашим рассчётом получилось, что для нашего фонтана необходим насос с рабочей точкой:

Q₀ = 549 л/мин, H_тр. = 9 м. По гидравлическим характеристикам насосов подбираем подходящую модель.

По материалам: Васильев Д. А. Основы гидравлического расчёта фонтана. Пособие.

Табица потерь давления в трубопроводах взята с сайта компании ИТК-групп.

Источник

Гидравлический расчет фонтанов

Фонтан (от лат. fons — источник) представляет со­бой архитектурное сооружение. Для нормальной работы фонтанов необходим источник воды. Источником воды для питания фонтанов могут быть пру­ды, ключи, городской водопровод и т. д. Из источника питания вода по фонтанному трубопроводу через наса­дку фонтана поступает в атмосферу (рис. 4).

Рисунок 4 — Схема фонтана

1 — резервуар; 2 — водопроводная труба; 3 —насос;

4 — водосточный ко­лодец; 5 — фонтанная насадка с выпрямителем.

Использованная вода сбрасывается в водостоки или же снова по­ступает в оборот.

При гидравлическом расчете фонтанов обычно опре­деляют расход воды в фонтане и высоту фонтанной струи.

Расчет расхода воды в фонтане производится по формуле истечения жидкости через насадки:

Q = μω_НV₀ = μω_Н , (4.27)

где μ — коэффициент расхода насадки, зависящий от ее формы и угла конусности: для цилиндрическо­й — 0,82, конической, сходящейся под углом конусности 5, 13, и 45°, соответственно 0,92, 0,945, 0,857; для коноидальной насадки — 0,97;

ω_Н — площадь поперечного сечения выходного отвер­стия насадки;

h₀ — скоростной напор у насадки или высота фонтанной струи, м;

V₀ — скорость воды при выходе из насадки, м/с.

Высота фонтанной струи (h₀) рассчитывает­ся по формуле истечения жидкости через насадки. Из формулы (4.27) можно определить высоту фонтанной струи (h₀):

h₀ = , (4.28)

При движении воды по фонтанному трубопроводу общий напор (Н) без учета местных потерь напора тра­тится на преодоление сопротивления по длине трубопро­вода (h_ДЛ) и на создание скоростного напора (h₀) при выходе струи из насадки:

Потери напора по длине трубопровода (h_ДЛ) опреде­ляются по формуле:

где А —удельное сопротивление трубы на 1 пог. м при расходе воды 1 м3/с (значения А даны ниже);

L — длина трубопровода, м;

Q — расход воды в трубопроводе, м3/с.

Значение А в зависимости от диаметра трубы (для труб бывших в употреблении, приведенные значения умножают на коэффициент 1,7)

d, мм 38 50 75 100 125 150 200 250 300 400 500 600

А 41840 10340 1113 268 82,4 31,4 6,86 2,11 0,805 0,176 0,054 0,021

Подставив в формулу (4.29) соответствующие значе­ния h_ДЛ из формулы (4.30) и h₀ из формулы (4.28), полу­чим общий напор Н:

Н = АLQ 2 + , (4.31)

Преобразуя эту формулу, найдем расход фонтанной струи:

Q = , (4.32)

Подставив в формулу (4.28) значение расходов воды из формулы (4.32), получим формулу для определения высоты фонтанной струи (h₀) через общий напор (Н):

h₀ = , (4.33)

Действительная высота фонтанной струи (h_Д) вследствие сопротивления воздуха и сжатия несколько меньше скоростного напора (h₀). Она вычисляется по формуле Люгера:

h_Д = , или , (4.34)

где φ – коэффициент (его значения приведены ниже).

Значения φ в зависимости от диаметра выходного отверстия насадки:

d, мм 38 50 75 100

φ 0,0025 0,0014 0,0005 0,0002

Значения φ в зависимости от диаметра выходного отверстия насадки (d_Н) можно найти также по формуле:

φ = , (4.35)

где d_Н – диаметр выходного отверстия насадки, мм.

Диаметр фонтанной трубы (d) можно определить по формуле:

d = , (4.36)

где Q — расход фонтанной трубы, м 3 /с;

v — скорость воды в трубах, принимаемая для фон­танов 0,5—0,6 м/с [2].

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабиков, Б.В. Гидротехнические мелиорации лесных земель: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / Б.В. Бабиков. – СПб.: ЛТА, 2002. – 294 с.
2. Блинцов, И.К., Ипатьев, В.А. Гидролесомелиорация. Практикум. Учеб. Пособие для вузов по спец. «Лесное хоз-во» / И.К. Блинцов, В.А. Ипатьев. – Минск: Вышэйш. школа, 1980. – 254 с.
3. Владимиров, А.М. Гидрологические расчеты / А.М. Владимиров. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — 365 с.
4. Гонченко, Е.Д., Гушля, А.В. Гидрология с основами мелиорации / Е.Д. Гонченко, А.В. Гушля. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 303 с.
5. Маслов, Б.С., Минаев, И.В., Губер, К.В. Справочник по мелиорации / Б.С. Маслов, И.В. Минаев, К.В. Губер. — М.: Росагропромиздат, 1989. — 384c.
6. Основные положения по гидролесомелиорации. — СПбНИИЛХ, 1995. — 58 с.
7. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984. —148 с.
8. Сабо, Е.Д., Иванов, Ю.Н., Шатилло, Д.А. Справочник гидролесомелиоратора / Е.Д. Сабо, Ю.Н. Иванов, Д.А. Шатилло. — М.: Лесн. пром-сть, 1981. — 200 с.
9. СП 33-101-2003 Определение основных гидрологических характеристик (взамен СНиП 2.01.14-83). — М., 2003. — 37 с.
10. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 80 с.

Шошин Владимир Иванович

Прутской Алексей Владимирович

Методические указания к выполнению практических занятий

для студентов очного и заочного обучения по направлению

656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»

Часть I. «Гидрология, гидрометрия, гидравлика»

Лицензия НД № 14185 от 6.03.2005

Формат 60х84 1/16 Объем 1,6 п.л. Т. 50 экз.

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

241037, г. Брянск, пр. Станке Димитрова, 3

Подразделение оперативной печати

Подготовлено к печати 1 февраля 2011 г.

Источник