Рубрика: | МЕЛИОРАЦИЯ, РЕКУЛЬТИВАЦИЯ И ОХРАНА ЗЕМЕЛЬ |
Страницы: | 468-481 |
DOI: | 10.35679/1991-9476-2020-15-4-468-481 |
Для цитирования: |
Корнеев И. В., Данильченко А. Н. О способах расчета потерь напора по длине в трубопроводах оросительных сетей // Научная жизнь. 2020. Т. 15. Вып. 4. С. 468–481. DOI: 10.35679/1991-9476-2020-15-4-468-481 |
Авторы: |
Корнеев Илья Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Мелиорация и рекультивация земель», ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К. А. Тимирязева»: Россия, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49. Данильченко Анатолий Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Мелиорация и рекультивация земель», ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К. А. Тимирязева»: Россия, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49.
Тел.: (905) 705-72-15 E-mail: ilia.korneev@rgau-msha.ru |
Реферат: |
Статья посвящена анализу существующих методик расчета потерь напора по длине применительно к трубопроводам закрытых оросительных сетей из полиэтиленовых (ПЭ) труб. В протяженных трубопроводах оросительных сетей большое значение имеет корректное определение потерь напора по длине для подбора оптимальных диаметров труб из выпускаемой промышленностью номенклатуры. Вариантная проработка, технико-экономическое обоснование и оценка инвестиций на предпроектном этапе требуют выполнения многовариантных расчетов оросительной сети. Для таких расчетов распространение получили компьютерные программы, позволяющие создавать модели водопроводных сетей и имитировать их функционирование в различных режимах. Действующие российские нормативные документы допускают использование нескольких методик для учета потерь напора по длине в гидравлических расчетах напорных полимерных трубопроводов. Кроме того, известны формулы, применяемые в зарубежной практике гидравлических расчетов. В статье показано, что применительно к ПЭ трубам при скоростях потока ниже 1,0 м/с расчеты по методике СП 40-102-2000 дают несколько меньшие значения потерь по сравнению с расчетами по методике СП 31.13330.2012. При введении поправки на сопротивление сварных швов труб, рекомендованной СП 40-102-2000, рассчитанные значения становятся сопоставимыми. Формула Хазена – Вильямса при скоростях потока 1,0…2,5 м/с и справочном коэффициенте сопротивления, равном 140, дает значения потерь напора по длине, которые с хорошей точностью соответствуют методике СП 40-102-2000 и с удовлетворительной – методике СП 31.13330.2012. Авторами статьи применительно к ПЭ-трубам предложена простая модификация расчетной формулы СП 31.13330.2012 в виде завышения расчетных потерь на 5,2%. Показано, что это позволяет получать расчетные потери напора по длине, гарантированно превышающие с разумным коэффициентом запаса значения, рассчитанные как по СП 40-102-2000, так и по СП 31.13330.2012. Оценены требуемые корректировки расчетной гидравлической схемы при использовании формулы Хазена – Вильямса, которые заключаются в завышении требуемых свободных напоров на гидрантах на величину порядка 5% суммарных потерь напора в цепочке от насосной станции до конкретного гидранта. Для обычных условий оросительных сетей, оборудованных широкозахватной дождевальной техникой, такие дополнительные запасы свободных напоров составляют 2…3 м. Это позволяет учесть возможное занижение расчетных потерь напора по длине в трубопроводах по сравнению с методиками из российских нормативных документов. |
Ключевые слова: | потери напора по длине, полиэтиленовая труба, обобщенная формула Лейбензона, таблицы Добромыслова, формулы Шевелева, Дарси – Вейсбаха, Хазена – Вильямса, Шези – Маннинга, EPANET |
Список литературы: |
1. Alazba A. A., Mattar M. A., Elnesr M. N., Amin M. T. Field Assessment of Friction Head Loss and Friction Correction Factor Equations // Journal of Irrigation and Drainage Engineering. – 2012. – Vol. 138, № 2. doi: 10.1061/(ASCE) IR.1943-4774.0000387. 2. Hazen-Williams Equation – calculating Head Loss in Water Pipes [Электронный ресурс] // Engineering ToolBox. – 2004. – URL: https://www.engineeringtoolbox.com/ hazen-williams-water-d_797.html (дата обращения 18.03.2020). 3. ISO/TR 10501:1993 Thermoplastics pipes for the transport of liquids under pressure – Calculation of head losses. 4. Manning's Roughness Coefficients [Электронный ресурс] // Engineering ToolBox. – 2004. – URL: https://www. engineeringtoolbox.com/manningsroughness-d_799.html (дата обращения 18.03.2020). 5. Moosavian N., Lence B. J. FlowUniformity Index for Reliable-Based Optimal Design of Water-Distribution Networks // Journal of Water Resources Planning and Management. – 2020. Vol. 146, Issue 3. doi: 10.1061/ (ASCE)WR.1943-5452.0001161. 6. Moosavian N. Multilinear Method for Hydraulic Analysis of Pipe Networks // Journal of Irrigation and Drainage Engineering. – 2017. – Vol. 143, Iss. 8. doi: 10.1061/(ASCE) IR.1943-4774.0001193. 7. Rossman L. A. Computer Models EPANET / in L. Mays, ed. // Water Distribution Systems Handbook. – Chapter 12, McGraw-Hill companies, Inc. – NY, 1999. 8. Savic D. A., Walters G. A. Genetic Algorithms for the Least-cost Design of Water Distribution Networks // ASCE Journal of Water Resources Planning and Management. – 1997. – Vol. 123, № 2. P. 67–77. 9. Todini E., Pilati S. A gradient method for the analysis of pipe networks // International Conference on Computer Applications for Water Supply and Distribution. (1987, September 8–10). – Leicester Polytechnic, UK, 1987. 10. Wang S., Taha A. F., Sela L., Giacomoni M. H., Gatsis N. A new derivative-free linear approximation for solving the network water flow problem with convergence guarantees // Water Resources Research. – 2020, 1 Feb. doi: 10.1029/2019WR025694. 11. Добромыслов А. Я. Таблицы для гидравлических расчетов напорных труб из полимерных материалов. – М. : ТОО «Издательство ВНИИМП», 2004. 12. Корнеев И. В., Балабаев А. С., Данильченко А. Н., Максимов С. А. Об оптимизации проектных решений по оросительным системам на основе анализа инвестиционных и операционных затрат // Природообустройство. – 2018. – № 1. – С. 94–98. doi: 10.26897/1997- 6011/2018-1-94-98. 13. Лунев Д. В., Обручева Л. В. Методика оптимизации гидравлических элементов закрытых оросительных систем // Строительство и техногенная безопасность. – 2016. – № 5(57). – С. 129–133. 14. Продоус О. А. Таблицы для гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена. Справочное пособие. – 3-е, изд., доп. – СПб : ООО «Свое издательство», 2017. – 240 с. 15. СП 273.1325800.2016 Водоснабжение и водоотведение. Правила проектирования и производства работ при восстановлении трубопроводов гибкими полимерными рукавами : утв. приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 03.12.2016 № 892/пр и введен в действие с 04.06.2017. 16. СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84* (с изм. № 1, 2, 3, 4) : утв. приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 29.12.2011 № 635/14 и введен в действие с 01.01.2013. 17. СП 40-102-2000 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования : одобрен и рекомендован к применению в качестве нормативного документа Системы нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 16.08.2000 № 80. 18. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. – 5-е изд., доп. – М. : Стройиздат, 1973. – 112 с. |
English version: |
METHODS FOR CALCULATING THE PRESSURE LOSS ALONG THE LENGTH IN IRRIGATION NETWORKS PIPELINES
Korneev Ilya Viktorovich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof., Amelioration and Land Reclamation Depart., Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia. Danil’chenko Anatoliy Nikolaevich, Cand. of Tech. Sci., Ass. Prof., Amelioration and Land Reclamation Depart., Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia.
Keywords: pressure loss along the length, polyethylene pipe, Leibenzon generalized formula, Dobromyslov tables, Shevelev's formula, Darcy-Weisbach formula, HazenWilliams formula, Chezy-Manning formula, EPANET.
Abstract. The article is devoted to the analysis of existing methods for calculating the pressure loss along the length as applied to pipelines of closed irrigation networks of polyethylene (PE) pipes. In long pipelines of irrigation networks, the correct determination of pressure losses along the length is of great importance for choosing the optimal pipe diameters from the range of products manufactured by the industry. Variant elaboration, feasibility study and investment assessment at the pre-project stage require the implementation of multivariate calculations of the irrigation network. For such calculations, computer programs have been distributed that allow you to create models of water supply networks and simulate their functioning in various modes. The current Russian regulatory documents allow the use of several methods to account for pressure losses along the length in hydraulic calculations of pressure polymer pipelines. In addition, the known formulas used in foreign practice of hydraulic calculations. The article shows that with respect to PE pipes at flow velocities below 1.0 m/s, calculations using the SP 40-102-2000 methodology give slightly lower loss values compared to calculations using the SP 31.13330.2012 methodology. With the introduction of a correction for the resistance of pipe welds recommended by SP 40-102-2000, the calculated values become comparable. The Hazen-Williams formula at flow velocities of 1.0 ... 2.5 m/s and a reference drag coefficient of 140 gives pressure head losses in length that correspond with good accuracy to SP 40-102-2000 and satisfactory to SP 31.13330.2012. The authors of the article, as applied to PE pipes, proposed a simple modification of the calculation formula SP 31.13330.2012 in the form of an increase in the estimated losses by 5.2%. It is shown that this allows one to obtain calculated head losses along the length, guaranteed to exceed values with a reasonable safety factor, calculated both according to SP 40-102-2000 and SP 31.13330.2012. The required adjustments to the calculated hydraulic circuit are estimated using the Hazen-Williams formula, which consists in overstating the required free heads on hydrants by about 5% of the total pressure losses in the chain from the pumping station to a specific hydrant. For ordinary conditions of irrigation networks equipped with wide-sprinkler irrigation equipment, such additional reserves of free heads are 2 ... 3 m. This allows you to take into account a possible underestimation of the estimated pressure losses along the length in the pipelines in comparison with the methods from Russian regulatory documents. |
For citation: | Korneev, I. V., Danil'chenko, A. N. (2020). Methods for calculating the pressure loss along the length in irrigation networks pipelines. Nauchnaya zhizn' [Scientific Life], vol. 15, iss. 4. pp. 468–481. DOI: 10.35679/1991-9476-2020-15-4-468-481 [in Russian]. |