Чтобы канализация не засорялась, сточная жидкость должна двигаться со скоростью, при которой не только не происходило бы выпадение осадков, но даже смывались бы осадки, случайно образовавшиеся. Такая самоочищающая скорость различна для разных диаметров труб и для небольших труб достаточна велика.

Точных опытных данных о ней не имеется. По английским данным она для домовой канализации некогда требовалась около 1,4 м/сек; однако это делалось для половинного наполнения сечения трубы, исходя из условий колебания расхода (с учетом, что наполнение бывает меньше и фактическая скорость понижается).

По G. Thomson минимум скорости для небольших диаметров считается 0,9 м/сек. Рекомендуемые в Англии уклоны (стр. 53) дают следующие скорости: для трубы 100 мм - 0,97 м/сек; для 125 мм-1,02, для 150 мм - 1,01 м/сек, т. е. скорость в среднем около 1 м/сек. Однако эти скорости действительны при расходе воды на человека около 160 л и более. При меньших расходах воды эта скорость считается: для 100 мм-1,12 м/сек; 125 мм - 1,13 м/сек; 150 мм - 1,09 м или в среднем около 1,1 м/сек.

При наших небольших расходах воды самоочищающую скорость для труб 100-150 мм следует принимать выше, и ориентировочно можно считать ее примерно в следующих пределах (табл. 2):

Таблица 2

Для расхода в сутки в л/чел

20 40 60

80 100

120

150 и более

Скорость в м/сек

1,4 1,2 1,1

1,0 0,9

0,8

0,7

Для труб более 200-250 мм самоочищающую скорость безотносительно нормы воды на человека ввиду более равномерного расхода можно принимать около 0,8 м/сек; для 300-450 мм - 0,7 м/сек и для 500 мм и более - 0,6 м/сек. В последнее время некоторые организации в качестве наименьшей расчетной скорости для наружной канализационной сети вообще допускают 0,6 м/сек, тем самым последняя считается ими достаточной для самоочищения. .

При скорости, большей скорости самоочищения, движение сточных вод может рассматриваться как подчиняющееся законам гидравлики В частности скорость V движения жидкости в каналах по формуле Шези выражается в м/сек следующим образом

V = c √ R * i

где R - есть гидравлический радиус, представляющий отношение площади поперечного сечения канала, занятой водой, к смоченному периметру сечения,

i - гидравлический уклон поверхности жидкости в канале, который при небольших диаметрах может считаться равным уклону канала;

с - коэффициент сопротивления, зависящий от трения жидкости о стенки, выражаемый различно разными экспериментаторами.

Таким образом достигнуть требуемой скорости можно увеличением гидравлического радиуса и уклона канала.

Гидравлический радиус при круглой трубе и полном ее наполнении будет равен четверти диаметра трубы, а именно:

R = F/p = πd2 / 4 : πd = d / 4

Ту же величину он имеет и при половинном наполнении трубы, а именно:

R = F/p = πd2 / 4 * 2 : πd / 2 = d / 4

Но между половинным и полным наполнением круглого сечения гидравлический радиус больше, так как площадь сечения здесь возрастает больше, чем смачиваемый периметр. Максимум гидравлического радиуса имеет место при степени наполнения около 0,81 диаметра, т. е. это соответствует и наибольшей скорости движения жидкости. При наполнении меньше половины гидравлический радиус уменьшается, а значит уменьшается и скорость движения жидкости.

Из указанного видно, что увеличение гидравлического радиуса возможно в весьма ограниченных пределах. Значит достижение необходимой скорости движения жидкости приходится преимущественно основывать на увеличении уклона канала, тем более что благодаря колебанию рас-

хода в некоторые моменты при незначительном расходе гидравлический радиус бывает очень невелик.

При некруглом сечении канала подсчет величины гидравлического радиуса также не представляет сложности. Рассмотрим этот вопрос для обычных в условиях промышленных зданий сечений (рис. 29).

При квадратном сечении со стороной d и полном наполнении:

F = d2, p = 4d, R = F / p = d / 4

Если жидкость заполняет квадратное, открытое сверху сечение, то:

F = d2, p = 3d, R = d / 3

Возьмем любое прямоугольное сечение шириной а, высотой b;

При полном заполнение

R = a * b / 2 (a + b)

Если сечение заполнено только на высоту b, то:

R = a * b / a + 2b

Подобным же образом можно подсчитать гидравлический радиус и для более сложных сечений: овоидального, лоткового и др.

По заданной скорости и выбранному наполнению каждый раз возможно подсчитать требуемый уклон, если знать коэффициент С. Он по так называемый старой формуле Куттера выражается следующим образом:

C = 100 √R / m + √R

Величина т называется коэффициентом сопротивления или шероховатости и потому же Куттеру равна: 0,25 для керамических и бетонных труб, бывших в употребления водопроводных труб, дощатых каналов; 0,30 - 0,35 - для гладких кирпичных каналов.

При т - 0,25 и для половинного (или полного) наполнения старая формула Куттера имеет вид

V = (0,5 √d / 0,5 + √d) * √d * i

где d - диаметр трубы.

Расход жидкости и скорость течения ее при различных уклонах и разных диаметрах круглых труб и при полном их наполнении, подсчитанные по указанной формуле, приведены в табл. 3 на стр. 51. В ней скорость дана в м/сек, а расход в л/мин.

Нередко нужно бывает знать расход жидкости Q и скорость V ее движения при любой степени наполнения трубы. Для этой цели можно использовать график, представленный на рис. 30.

Диаметр в мм м/сек 25 30 35 40 50 60 70 80 100 125 150
Уклон л/мин
0.01 V 0.19 0.22 0.25 0.29 0.35 0.40 0.46 0.51 0.61 0.73 0.85
Q 5.6 9.3 14.4 21.7 41.3 61.6 106 154 286 540 900
0.02 V 0.27 0.32 0.36 0.40 0.49 0.57 0.65 0.72 0.87 1.04 1.21
Q 7.9 13.6 20.7 30.0 57.9 93.4 150 217 409 770 1280
0.03 V 0.33 0.39 0.44 0.49 0.60 0.70 0.80 0.89 1.06 1.27 1.47
Q 9.7 16.5 25.4 36.7 70.8 114.6 185 269 498 940 1560
0.04 V 0.38 0.45 0.51 0.57 0.69 0.81 0.92 1.02 1.22 1.46 1.69
Q 11.2 19.4 29.5 42.8 81.2 132.3 212 307 573 1080 1790
0.05 V 0.42 0.50 0.57 0.64 0.77 0.90 1.03 1.15 1.37 1.64 1.90
Q 12.4 21.2 32.9 48.0 90.9 147.5 238 346 644 1215 2015
0.06 V 0.47 0.55 0.62 0.70 0.85 0.99 1.13 1.25 1.50 1.79 2.08
Q 13.8 23.3 35.7 52.50 100.1 162.5 260 376 705 1325 2205
0.07 V 0.50 0.59 0.67 0.76 0.92 1.07 1.22 1.35 1.62 1.94 2.24
Q 14.7 25.0 38.6 56.2 108.5 175 281 408 761 1435 2386
0.08 V 0.54 0.63 0.72 0.81 0.98 1.15 1.30 1.45 1.73 2.07 2.40
Q 15.9 26.7 41.5 60.9 115.6 188 300 437 812 1530 2540
0.09 V 0.57 0.67 0.76 0.86 1.04 1.21 1.38 1.53 1.83 2.19 2.54
Q 16.8 28.4 43.8 64.5 122.4 198 318 461 860 1620 2690
0.10 V 0.60 0.71 0.81 0.90 1.09 1.28 1.45 1.62 1.94 2.32 2.68
Q 17.6 30.0 46.6 67.5 128.3 210 335 489 911 1720 2840
0.15 V 0.74 0.86 0.99 1.11 1.34 1.57 1.78 1.98 2.37 2.84 3.28
Q 21.8 36.4 57.0 83.2 158 258 411 598 1160 2100 3480
0.20 V 0.85 1.00 1.14 1.28 1.55 1.81 2.06 2.29 2.74 3.28 3.79
Q 25.0 42.4 65.9 96.1 183 297 476 691 1285 2430 4020
0.25 V 0.95 1.12 1.28 1.43 1.73 2.02 2.30 2.57 3.07 3.66 4.24
Q 28.0 47.5 73.9 107.5 204 331 532 776 1440 2710 4490

На нем изображены средние кривые, характеризующие изменения расхода и скорости жидкости в зависимости от изменения степени наполнения. Изменяясь от 0 до 1,0, последняя соответствует полному заполнению (равна диаметру). Расход и скорость при этом приняты также за 1 (относительная величина их откладывается по оси абсцисс). Как видно из графика, скорость движения жидкости имеет максимум при степени наполнения около 0,8 диаметра, что соответствует указанному выше. Наибольший расход жидкости может протечь по трубе при степени заполнения около 0,9 диаметра. Максимум скорости в 1,13 раза больше, чем скорость при полном заполнении; а максимум расхода больше, чем такой же при заполненной трубе, в 1,07 раза. Значит каждая труба в действительности при данном уклоне может пропустить больше жидкости, чем это дают таблицы для заполненного сечения.

Как видно из графика, при наполнении 0,5 относительная скорость V- 1, т. е. одинакова с такой же при полном наполнении; а относительный расход равен соответственно Q = 0,5 расхода при заполненной трубе. Таким образом можно определить их для любого заполнения.

Пример 1. Круглая труба диаметром 100 мм при уклоне 0,02 и полном наполнении пропускает расход 409 л/мин со скоростью 0,87 м/сек. Определить скорость и расход жидкости при наполнении 0,2. По графику

видно, что относи- ' тельная скорость равна 0,6, а относительный расход - 0,09. Отсюда:

14. Уклон каналов14. Уклон каналов

Пример 2. Круглая труба диаметром 125 мм при уклоне 0,03 пропускает 940 л/мин со скоростью жидкости 1,27 м/сек. При какой степени наполнения и скорости имеет место в ней расход 658 л/мин?

Отношение обоих расходов равно 658:940 = 0,7. Этот относительный расход, как следует из графика, соответствует степени наполнения 0,62 при последней относительная скорость, как видно оттуда же, равна 1,08. Т. е. абсолютная скорость будет 1,27 * 1,08=1,37 м /сек..

Из указанного ранее ясно, что гидравлический уклон имеет первостепенное значение в канализации. С точки зрения более удобной прокладки отводных линий в межэтажных перекрытиях, а также во избежание излишнего заглубления в землю наружной канализационной сети нежелательно уклон делать большим. С другой стороны, слишком малый уклон вызовет возрастание засорения трубопроводов.

У нас II Всесоюзным (XIV) водопроводным и санитарно-техническим съездом в 1927 г. в г. Харькове были приняты в качестве минимальных допустимых уклонов следующие (табл. 4):

диаметр в мм уклон

50

0,025

75

0,015

100

0,012

125

0,010

150

0,008

200

0,006

250

0,005

300

0,004

скорость в м/сек

0,55

0,58

0,66

0,73

0,76

0,82

0,88

0,91

Приведенные в нижней строке скорости при полном наполнений показывают, что для мелких диаметров получающаяся скорость не велика. Поэтому не следует идти на уменьшение требуемых у нас во внутренней и дворовой сети (разделы 6 и 9) уклонов. Следует помнить, что они являются минимальными. Не нужно забывать, что степень разжижения сточной жидкости и условия эксплуатации устройств имеют огромное значение. Отметим, что за границей, например в Англии, США, даже при большом расходе воды на жителя, уклоны принимаются не меньше наших.

Для крупных диаметров скорость при вышеуказанных уклонах значительна. Поэтому некоторые проектные организации в последнее время допускают меньшие уклоны (для 200 мм - 0,005, для 250 мм - 0,004 и т. д.).

В Англии употребляют простое правило для определения допустимых минимальных уклонов канализационных труб:

Уклон для каждого диаметра равен единице, деленной на 10 диаметров трубы в дюймах, т. е. (табл. 5):

Таблица 5

Для 100-мм трубы 1:4*10 1:40 или 0.025
125 1:5*10 1:50 0.02
150 1:6*10 1:60 0.016

 

14. Уклон каналов

Но при расходе воды на человека в 160 л/сутки считают вполне допустимыми уклоны (табл. 6):

Таблица 6

100-мм

1 :40 или

0,025

125"

1:52

0,019

150"

1:70

0,014

При расходе меньше чем 160 л/су тки на человека в Англии рекомендуется уже уклоны (табл. 7):

Таблица 7

100-мм

1:30

0,033

125

1:42

0,024

150

1:60

0,016

Вообще ни одно общее указание о допустимых уклонах не должно механически распространяться на все случаи. В особенности нужно быть осторожным там, где водопотребление ничтожно, в домах и городах, где население не привыкло к пользованию канализацией, где не имеется ванн или душей, вода которых способствует самопромыванию.

Там, где это представляется возможным, лучше идти на увеличение уклона, чем диаметра трубы. Опыты, произведенные в США, показали, что твердые вещества проходят вдоль 100-мм трубы при уклоне 0,025 лучше, чем по трубе 150 мм при уклоне 0,016. В этих опытах спускались стоки от 2 клозетов и одной ванны, и естественно, что при таком небольшом расходе труба в 150 мм работала небольшой частью своего сечения, и твердые вещества оседали на дне.

Вообще трубы большого диаметра допустимы только тогда, когда имеется расход воды, обеспечивающий достаточное ее наполнение и промывание.

Погоня за малым уклоном за счет увеличения диаметра трубы не только ведет к удорожанию трубопроводов, но нередко и к ухудшению работы канализации. Наоборот, увеличение уклона в допустимых пределах всегда желательно. В равной мере уменьшение диаметра ниже известных пределов ведет к увеличению числа засорений сети.

Допустимым уклоном следует считать такой, при котором максимальная скорость движения жидкости не превышает 3-3,5 м/сек. Это дает для наружной сети и вообще крупных диаметров (от 125 мм) уклон не более 0,15, а лучше - 0,10, и для внутренней сети (50-100 мм) не более 0,25.

« Предыдущая | Оглавление | Следующая »