Расчеты при проектирование фонтана

Устройство и гидравлический расчет фонтана

Фонтаны – это искусственные устройства, служащие для образования и украшения бьющих вверх или стекающих струй воды. Весьма обширное разнообразие струй воды и способов их украшения создают бесчисленное количество вариантов фонтанов. Они могут быть одноструйными, многоструйными, с одной или несколькими чашами, фонтаны-скульптуры, фонтаны-родники и др.

Максимальная высота струй воды не должна превышать радиуса чаши фонтана во избежания попадания воды на окружающую территорию. Расход воды в фонтанах садово-парковых объектов не должен превышать 60 л/с.

Водоснабжение фонтанов может осуществляться из городского водопровода или местного источника с помощью насоса, а иногда самотеком. Сброс воды организуют в открытый лоток, ливневую канализационную сеть, а также путем оборотного водоснабжения. Для освобождения чаши фонтана от воды на зимний период его дно выполняют с уклоном не менее 0,005 к месту выпуска. Для оформления фонтанов используют цветной асфальт и бетон, керамическую плитку, чеканку и другие декоративные строительные материалы.

Мы в нашем парке проектируем одноструйный фонтан. Фонтан будет располагаться на пересечении пешеходных путей. Для привлечения людей в темное время суток, предусмотрена цветная подсветка фонтана. Центральная струя фонтана будет бить на высоту 4,0 м.

Из уравнения Д. Бернулли известно, что выражение v 2 /2g – скоростной напор h₀. Поэтому

v = , (3.1)

где v – скорость истечения фонтанной струи при выходе из насадка, м/с;

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 );

В результате сопротивления воздуха высота вертикального подъема фонтанной струи несколько меньше за скоростной напор (рис. 3.1).

Действительная высота фонтанной струи вычисляется по формуле:

где ζ_стр – коэффициент сопротивления струи, определяемый по формуле Люгера:

ζ_стр = , (3.3)

где h₀ – скоростной напор, м;

k – коэффициент, определяемый по формуле:

k = , (3.4)

где d_н – диаметр выходного отверстия насадка, м.

1 – фонтанная труба; 2 – насадок; h₀ – скоростной напор (v 2 /2g), м; h_фонт – действительная высота фонтанной струи, м; h_w – потерянный напор, вызванный сопротивлением воздуха, м; ℓ_н – длина насадка

Рисунок 3.1 – К расчету высоты подъема фонтанной струи.

Обычно в напорных системах расход равен произведению живого сечения потока на среднюю скорость, т.е. Q = ω · v. Поэтому, используя формулу (3.1), расход (Q, м 3 /с) одним насадком определяется по формуле:

Q = ω_нv = ω_н , (3.5)

где ω_н – живое сечение выходного отверстия насадка, м 2 ;

В фонтане будет установлен цилиндрический насадок с диаметром выходного отверстия d_н = 2 см, а скоростной напор h₀ = 3,0 м. При этом расход фонтана составит:

Q = = = 0,002 м 3 /с;

При проектировании необходимо определить диаметр трубопровода, питающего фонтан. Для безотказной работы фонтана должна использоваться чистая вода. В садово-парковых объектах при автономном водоснабжении в качестве емкости для хранения воды и создания напора в водопроводе используются водонапорные башни типа БР конструкции А. А. Рожновского. Они устанавливаются на повышенных элементах рельефа с целью создания наибольшего напора. В нашем парке – это возвышенность, расположенная севернее пруда с относительной отметкой 14 м. При высоте воды в башне, равной 25,0 м, относительная высота уровня воды в башне (Н_уб) с учетом рельефа составит Н_уб = 39 м (14 м + 25,0 м).

Для гидравлического расчета трубопровода, подающего воду от водонапорной башни к фонтану, необходимо знать его длину ℓ и общий напор Н. Поэтому при проектировании требуется выбрать месторасположение фонтана. Фонтаны устраиваются обычно на пересечении дорог. Кроме того, необходимо учесть, что вода из чаши фонтана, как предполагается, самотеком будет поступать к началу системы порогов и каскадов. Начало данной системы будет за северной оконечностью плотины.

Фонтан располагается на 12-й горизонтали, т.е. имеет относительную высоту Н_ф = 12,0 м. Следовательно, общий напор Н в трубопроводе будет равен:

Длина трубопровода ℓ, измеренная по плану парка между водонапорной башней и фонтаном, составила 175 м.

В длинных напорных трубопроводах при истечении в атмосферу общий напор Н расходуется на преодоление сопротивлений по длине h_дл, на потери напора для преодоления местных сопротивлений h_м и на создание скоростного напора h₀, т.е.

Принятый нами скоростной напор h₀ = 3,0 м. Используя формулу (3.6), определяем сумму потерь напора по длине и потерь напора за счет местных сопротивлений:

В длинных трубопроводах потери напора на преодоление местных сопротивлений h_м составляют 5–10% от суммы потерь напора (h_дл + h_м). Примем эту величину, равной 10%, что составит: h_м =2,4 м.

Потери напора на преодоление сопротивлений по длине составят:

24,0 м – 2,4 м = 21,6 м.

В трубопроводах потери напора по длине (h_дл, м) определяются по формуле

где ℓ – длина трубопровода, м;

Q – расход, вычисленный по формуле (3.5), м 3 /с;

А – удельное сопротивление труб, приходящееся на 1 пог. м при расходе 1 м 3 /с, с 2 /м 6 .

Преобразуя формулу (3.7), определяем удельное сопротивление

А = = = 3857,14 с 2 /м 6 .

Диаметр трубопровода (d, м) определяется по формуле:

d = , (3.8)

где λ – коэффициент сопротивления по длине (λ = 0,025);

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 );

А – удельное сопротивление, с 2 /м 6 .

Определяем диаметр трубопровода по формуле (3.8)

d = = = 0,054 м = 54 мм.

Учитывая стандартные размеры труб, принимаем диаметр трубопровода 75 мм (ближайший, больший).

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 313 ; Нарушение авторских прав

Источник

Методика проектирования фонтана

Совершенно секретно

Этой информации больше нигде нет. Данная методика нужна для того, чтобы сделать проект фонтана так, чтобы любой профессиональный строитель мог с этим проектом без проблем правильно построить фонтан. Если проектировщик не выполнил какого-либо пункта методики или уклонился от расчётов или обоснований, он не компетентен или агент какого-то строителя или продавца фонтанов, которого вам « придётся найти», чтобы построить такой фонтан.

По данной методике вы самостоятельно сможете провести экспертизу проекта любого фонтана, чтобы понять, где конкретно вас пытаются раскрутить на денежки.

Методика проектирования уличного общественного фонтана. Сокращённая. Расшифровка каждого пункта приведена в последующих статьях на нашем сайте.

Данная методика не предназначена для скульптурных, архитектурных и «сухих» фонтанов, а также для динамических и музыкальных фонтанов, ручьёв и водопадов.

1. Ванна фонтана. Выбор конструкции. Фонтан на плане с геодезической привязкой. Обоснование габаритов и глубин. Железобетонные конструкции ванны и насосной с планом и разрезами. Пути трубопроводов фонтана с проходными и закладными деталями. Лестницы, крышки, люки, решётки. Облицовка, отделка, гидроизоляция.
2. Водная картина и подводное освещение. Технический рисунок или эскиз фонтанных струй. Архитектурный план размещения фонтанных насадок на акватории. Выбор и обоснование типов струй и их высоты с учётом разбрызгивания воды из ванны фонтана.
3. Трубопроводы фонтана и защитные фильтры. Расчёт диаметров трубопроводов исходя из оптимальных скоростей потоков. Выбор схемы распределения потоков между насосами и насадками с учётом напорных характеристик фонтанных насадок, диаметров труб, технологических возможностей поставщиков труб и производителей оборудования. Выбор типов и количества защитных фильтров на всасывающие трубопроводы насосов исходя из их нормальной производительности. Выбор проходных и закладных деталей для прокладки трубопроводов в ванне фонтана и насосной. Если в проекте нет расчёта и обоснования диаметров трубопроводов на основании скоростей потоков, то увольте такого проектировщика.
4. Фонтанные насосы. Выбор типа насосов исходя из вида фонтана. Расчёт и подбор насосов исходя из параметров фонтанных насадок, трубопроводов и схемы распределения потоков в фонтане. Насос — самый главный компонент фонтана. От насоса зависит всё. Если вы не имеете технического склада ума или образования, обратитесь к специалистам по насосному оборудованию. Если в проекте нет расчёта насосов и обоснования выбора, проектировщика на расстрел.
5. Шкаф управления фонтана и кабельная система фонтана. Описание функций шкафа управления, защитных и управляющих устройств. Однолинейная схема фонтанного электрооборудования. Перечень и функционал применяемого ПО. Все компоненты шкафа управления должны быть стандартными и доступными на рынке. Никаких самодельных контроллеров и рукописного программного обеспечения. Только продукция известных фирм с интерфейсами на русском языке. Иначе самодельщики будут потом вас доить много лет за исправление своих же программных ошибок.
6. Системы жизнеобеспечения подземного технического помещения (при его наличии). Технико-экономическое обоснование на применение сухой подземной насосной станции в сравнении с заполняемой насосной камерой с погружными насосами. Расчёт планировки в подземном помещении с учётом специальных требований при применении опасных химикатов и электрооборудования. Расчёт, обоснование и подбор насосов дренажа, отвода конденсата и защиты от затопления. Расчёт и схема приточной-вытяжной вентиляции, приборов освещения и отопления помещения. Система противопожарной сигнализации. Расчёт и схема путей эвакуации персонала. Разработка способов монтажа и загрузки тяжёлого оборудования через люки или ворота. Схемы прокладки кабелей. Однолинейная схема оборудования подземного помещения. Стоит заметить, что для правильного современного фонтана подземные помещения — это ненужные сооружения, так как в несколько раз удорожают фонтан. Эффективнее применить подводные насосы в заполненной насосной камере за пределами фонтанной площадки, а проект станет в несколько раз проще.
7. Системы фильтрации и дезинфекции. Технико-экономическое обоснование применения системы фильтрации в сравнении с регулярной заменой воды из водопровода или с постоянной водопроводной подпиткой. Обоснование и выбор фильтрационной установки, видов химикатов и приборов дезинфекции воды. Монтажная гидравлическая схема системы с размещением насоса, фильтрующей ёмкости, дозаторов и облучателей. Описание шкафа управления системой. Однолинейная схема электрооборудования системы фильтрации и дезинфекции. Описание требований к системе, циклов работы системы, периодичности обслуживания, требований по безопасности и допуску к системе обслуживающего персонала. Пункт 7 нужен только в случаях, когда фонтан огромный и не представляется возможным провести замену воды в течении одной рабочей смены. Обычно фильтрация и дезинфекция повышает стоимость фонтана более чем на 1 000 000 рублей. По опыту работы c большими фонтанами: если фонтан не имеет системы фильтрации, то летом воду меняют раз в неделю, если есть система фильтрации, то раз в две недели. Решайте сами, есть ли необходимость в системе фильтрации и её еженедельном обслуживании.

Пункты данной методики более подробно рассмотрены в следующих наших статьях.

Источник

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