Курсовая работа: водоснабжение и водоотведение жилого дома –
Курсовая работа
«Водоснабжение и водоотведение жилого дома»
Введение
Цель
: Разработка элитной системы водоснабжения и водоотведения комплекса зданий отвечающего перспективным требованиям граждан России.
В связи с быстрыми темпами развития и расширения сантехнического оборудования и способов его монтажа, перед современными специалистами, а также проектировщиками возникают большие перспективы и возможности по внедрению их в нашей стране и повышению комфорта жизни наших граждан и экономии водных ресурсов страны.
Выполняя гражданский долг свободного гражданина России при проектировании, я предлагаю свой способ по перспективе развития систем ВиВ в нашей стране для улучшения жилищных условий любого
из наших граждан. Будущее нашей страны зависит от нас – построим его таким, каким хотим его видеть.
Современные системы обеспечивают подачу воды со значительными потерями, достигающими 50%, что неблагоприятно отражается на окружающей среде, истощая природные водные источники и загрязняя их избыточным количеством сточных вод. Большой расход воды и потери приводят к перегрузке очистных сооружений, ухудшение качество воды, что отрицательно сказывается на здоровье населения.
При разработке проекта мы должны применить современные ресурсосберегающие системные и схемные решения и оборудование, позволяющие рационально использовать питьевую воду.
Федеральная программа по обеспечению населения питьевой водой, направленная на восстановление и развитие систем водоснабжения до уровня, обеспечивающего соответствие воды новым, более жёстким требованиям СанПиН, требует повышение качества воды в местах водоразбора.
Учитывая деградацию окружающей среды, истощение природных водных источников и требование водного кодекса России к рациональному использованию водных ресурсов в проекте необходимо организовать рациональное использование воды и снижение среднего водопотребления, в настоящее время оно составляет 305 л/чел.*сут.
В связи с ухудшением здоровья нации и снижением численности населения нашей страны каждый патриотически настроенный специалист обязан внести свой вклад в исправление сложившейся ситуации.
1. Система водоснабжения и водоотведения объекта
В соответствии с составом потребителей и требованиями к качеству воды принимаю следующие системы водоснабжения:
1) В1-хозяйственно-питьевой водопровод
, предназначен для подачи воды всем потребителям, должен обеспечивать:
– подачу расчетного количества воды, qВ1сут
=180·0,252 = 45,36 м3
/сут
– подачу воды питьевого качества, отвечающей требованиям СанПиН
– поддержание требуемого давления перед всеми водоразборными точками на уровне, обеспечивающем заданный секундный расход
– бесперебойность подачи воды, исключающей нанесение ущерба здоровью человека и санитарно-техническому состоянию здания
– долговечность, соизмеримая с долговечностью возводимых зданий (100 лет)
– герметичность во всем диапазоне рабочих давлений
– прочность и стойкость к воздействию внутреннего давления, а также при случайном внешнем воздействии
– безопасность использования и эксплуатации
– ремонтопригодность
– минимальную строительную и эксплуатационную стоимость;
2) В11-поливочный водопровод
, предназначен для подачи воды на поливку зеленых насаждений, твердых покрытий и на общедомовые нужды.
Учитывая небольшое количество воды для В11 и для снижения эксплуатационных и строительных затрат принимаю объединенную хозяйственно-питьевую поливочную систему холодного водоснабжения: (В1 В11).
Система холодного водоснабжения, согласно СНиП 2.04.01–85* (прил. 2 и 3) должна обеспечивать подачу на хозяйственно-питьевые нужды каждому проживающему (при заданной степени благоустройства: мойка, умывальник, ванна, унитаз) следующие расходы воды:
а) общей воды (холодной и горячей):
в час максимального водопотребления: qо.час.uво
= 15,6 л/ч*чел.;
в сутки максимального водопотребления: qо сут.uво
= 300 л/сут*чел.;
расход воды прибором: qово
= 0,3 л/с;
б) холодной воды:
в час максимального водопотребления: qо.час.u В1
= 5,6 л/ч*чел.;
в сутки максимального водопотребления: qо.сут.uВ1
= 180 л/сут*чел.
расход воды прибором: qоВ1
= 0,2 л/с;
Для обеспечения расчетных расходов рабочее давление перед водоразборной арматурой должно быть следующее:
для мойки, умывальника, унитаза: hраб
=2,0 м;
для ванны: hраб
=3,0 м;
3) Учитывая высокую степень благоустройства зданий, наличие централизованного теплоснабжения, принимаю централизованную систему горячего водоснабжения Т3
(в рамках данного курсового проекта не рассматривается).
4) Для удаления сточных вод от санитарно-гигиенических и хозяйственных процессов в квартире принимаю хозяйственно-бытовую канализацию К1
, которая должна обеспечивать бесперебойное водоотведение 75,6 м3
/сут стоков от 252 потребителей в течение 100 лет эксплуатации здания при минимальном ущербе здоровью человека и окружающей среде, а также минимальных общественных затратах на строительство и эксплуатацию.
Принятые санитарно-технические системы изображены на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Санитарно–технические системы здания
2. Система холодного водоснабжения
2.1 Обоснование и выбор схемы
Для обеспечения бесперебойной подачи воды всем потребителям принимаю схему холодного водоснабжения, включающую:
1) Водоразборную арматуру
2) Водопроводную сеть: внутреннюю и микрорайонную
3) Трубопроводную арматуру
4) Водомерный узел
5) Ввод
Для определения необходимости установки для повышения давления ориентировочно определим требуемое давление:
Нтреб
=10 4·(nэт
-1)
где
nэт
=9 эт-максимальная этажность проектируемых зданий
Нтреб
=10 4·(9–1)=42 м
В связи с тем, что Нтреб
больше, чем гарантированный напор в водопитателе Нгар
=21 м, то принимаю схему с установками для повышения давления.
Проверяю, можно ли подавать воду в здание в одну зону, для этого определяю давление перед нижней водоразборной точкой:
Ннижн вод. точки
=hраб
hэт
·(nэт
-1)
где:
hэт
– высота этажа, м, hэт
=3 м
nэт
– мах этажность здания, nэт
=9 эт
hраб
– давление перед верхним водоразборным прибором, м, hраб
=3 м
Ннижн вод. точки
=3 3·(9–1)=27 м<45 м
Согласно СНиП п. 6.7. максимальное давление перед нижней водоразборной точкой должно быть не более 45 м, т. к. давление перед нижней водоразборной точкой меньше допустимого, то необходимости в применении зонной схемы водоснабжения нет.
Для обеспечения бесперебойной подачи воды принимаю водомерный узел с обводной линией для учета воды поданной потребителям, а также установки для повышения давления с резервными агрегатами и обводной линией.
Общая схема водопровода холодной воды приведена на рис. 3.1.1.
Рис. 3.1.1. Схема водоснабжения:
1-водоразборная арматура; 2-внутренняя и микрорайонная сети
3-трубопроводная арматура; 4-водомерный узел; 5-ввод;
6-повысительные установки.
2.2 Конструирование системы В1, В11
Конструирование – это процесс размещения элементов системы в строительных конструкциях и на прилегающей территории, выбор конструктивных схем элементов, подбор материалов, основного оборудования, исходя из требований к системе.
Размещение элементов системы в строительных конструкциях здания и на территории произвожу с учетом возможности прокладки трубопроводов, размещения оборудования и труб, возможности их обслуживания, монтажа и демонтажа во время ремонта, с учетом расположения сопутствующих инженерных коммуникаций (отопления и вентиляции, электроснабжения), сохранения целостности несущих конструкций здания (балок, несущих перекрытий и стен, ригелей, колонн), а также минимальных затрат на материалы и монтаж.
При выборе трассы трубопроводов прокладываю их кратчайшим путем от городской сети до потребителей с учетом требуемых расстояний до подземных коммуникаций, обеспечивающих возможность ремонта водопровода без нарушения функционирования других коммуникаций, а также сохранении их при аварии на водопроводе.
Для уменьшения затрат на эксплуатацию, снижение шумовой нагрузки на жителей, насосные установки, водомерные узлы размещаю совместно с оборудованием системы отопления (водонагревателями, циркуляционными насосами) в ЦТП.
2.2.1 Водоразборная арматура
Водоразборная арматура предназначена для отбора воды из системы различными потребителями. Для системы хозяйственно-питьевого
водопровода согласно принятым санитарным приборам и оборудованию, принимаю смесители, устанавливаемые на мойке в кухне, на умывальнике и ванной в санузле; сливной бачок в туалете.
Размещение смесителей по плану на высоте от пола:
для мойки 600×600 мм (настольный, с одной рукояткой) – 0,85 м
для умывальника 500×450 мм (настольный, с одной рукояткой) – 0,85 м
для ванны 750×1700 мм (настенный) – 1,1 м
Унитаз принимаю напольный воронкообразный, размерами 600×450 мм с боковой подводкой Ду15 мм на высоте 0,65 м.
На поливочном водопроводе В11 устанавливаю поливочные краны в цоколе здания в люках размером 300×300 мм на высоте 0,3 м над землей. В качестве арматуры использую краны Ду25 мм, для присоединения поливочного шланга длиной 30 м, кран оборудую резьбовым штуцером с быстросмыкающейся гайкой; краны располагаю на двух противоположных сторонах проектируемого здания из условия: 1 поливочный кран на 60 м периметра.
2.2.2 Водопроводная сеть В1, В11
Водопроводную сеть принимаем с нижней разводкой с расположением основных магистралей в подвале здания, стояки монтирую в санитарно-технических шахтах за унитазом, а также в кладовках, расположенных около кухни, прокладываю их вертикально через все этажи с присоединением на каждом этаже поэтажной разводки на высоте 1,0 м.
К водоразборным приборам от стояков прокладываю подводки по стене открытым способом на высоте 0,4 м от пола из стальных водогазопроводных труб Ду15 мм.
Квартальные сети трассирую между ЦТП и зданиям также из стальных водогазопроводных труб. Размер ЦТП: 6×9 м. Трубы прокладываю в земле ниже глубины промерзания hпром
на 0,5 м:
hпролВ1
=hпром
0,5;
где
hпром
= 1,5 м
hпролВ1
= 1,5 0,5= 2,0 м
При пересечении труб с фундаментом зданий предусматриваю отверстия, размеры которого на 200 мм больше диаметра трубы, что необходимо для предотвращения перелома трубы при осадке здания.
2.2.3 Трубопроводная арматура
Трубопроводная арматура предназначена для управления гидравлическими параметрами системы (напора и расхода), для отключения участков сети и оборудования (насосов, водомеров) во время ремонта или замены, а также для предохранения элементов сети от разрушения, когда параметры превосходят расчетные.
Устанавливаю запорную
арматуру в следующих точках:
– перед смывным бачком;
– на каждом ответвлении от стояка;
– у основания водоразборного стояка;
– на вводе магистралей в дом;
– до и после насосов и счетчиков воды, а также на обводной линии;
– в колодце городского водопровода (КГВ) на ответвлении от наружной городской водопроводной сети.
В качестве запорной арматуры принимаю вентили (при Ду50 мм) и задвижки (при больших диаметрах), выполненные из стали.
В качестве предохранительной
арматуры предусматриваю обратные клапаны, исключающие обратный ток воды, устанавливаю их после насосных установок.
2.2.4 Установки для повышения давления
В качестве установки для повышения давления принимаем насосные установки с центробежными насосами типа К.
Повысительные хозяйственные установки включают: рабочие агрегаты, обеспечивающие расчетное давление и расход, резервные агрегаты, необходимые для бесперебойной подачи воды потребителям, которые автоматически включаются при отказах рабочих агрегатов. Рабочие и резервные агрегаты объединяю всасывающими и напорными коллекторами между которыми устанавливают обводную линию с обратным клапаном и задвижкой.
В связи с высоким шумоизлучением насосных агрегатов: 70–90 ДБА их размещают в ЦТП. Агрегаты для снижения вибрации устанавливаем на массивных фундаментах, которые опираются на пол через пружинные амортизаторы, состоящие из пружин, которые через шайбу опираются на перфорированные резиновые прокладки, между насосами и трубопроводами монтируют гибкие резиновые вставки, снижающие вибрацию насосов. Для измерения давления до и после насосов устанавливают манометры технические класса 1,5.
Всасывающие и напорные коллекторы, а также обводные линии принимаем из стальных электросварных труб, соединяемых при помощи сварки. Присоединение трубопроводов к задвижкам и насосным агрегатам производим при помощи фланцев.
Для обеспечения возможности обслуживания насосов и последующего демонтажа и монтажа, расстояние между агрегатами принимаю 1 м. Высота должна обеспечивать возможность перемещения наиболее габаритных деталей над самой выступающей частью насосной установки с зазором не менее 0,3 м при использовании стандартного грузоподъемного оборудования.
Схема насосной установки приведена на рис. 3.2.4.1.
Рис. 3.2.4.1. Схема насосной установки
2.2.5 Водомерный узел
Для обеспечения бесперебойной подачи воды потребителям предусматриваем водомерный узел с обводной линией.
Обвязку счетчика выполняю из стальных трубопроводов, соединенных на сварке, соединение со счетчиком и арматурой фланцевое. Счетчик размещаю в ЦТП перед установками для повышения давления на высоте 1 м
от пола. В здании устанавливаю водомерные узлы аналогичной конструкции. Для обеспечения учета подачи воды потребителям предусматриваю установку счетчиков воды в каждой квартире. Принимаю скоростные счетчики типа ВСХ-15, устанавливаемые на ответвлении от стояка.
Схема водомерного узла приведена на рис. 3.2.5.1.
Рис. 3.2.5.1. Схема водомерного узла
1-водосчетчик; 2-переходные муфты; 3-контрольно-спускной кран;
4-обводная линия; 5-манометр
2.2.6 Ввод
Ввод прокладываю от наружной водопроводной сети (от КГВ) до ЦТП, выполняю из стальных водогазопроводных труб, присоединяемых к городской сети в отдельном колодце в тройник, предусмотренный на ответвлении от трубопровода. Трубы прокладываю в грунте на глубине 3 м. В колодце на наружной сети водопровода Ду250 мм, устанавливаю разделительные задвижки для обеспечения бесперебойной подачи воды в случае аварии на наружной сети до ввода или после.
Схема ввода приведена на рис. 3.2.6.1.
Рис. 3.2.6.1. Схема ввода
2.3 Расчет В1, В11
Расчет водопровода холодной воды произвожу на наихудшее сочетание нагрузок, т.е. на пропуск максимального секундного расхода в час максимального водопотребления суток максимального водопотребления до самого удаленного и высоко расположенного водоразборного прибора.
2.3.1 Определение расчетных расходов на объекте
Расчет расходов произвожу по вероятностной методике СНиП 2.04.01–85*.
Определяю максимальные суточные расходы
:
=
∙U, м3
/сут
где:
qо сут.u
– суточная норма потребления на одного человека в сутки максимального водопотребления, определяется по приложению 3 СНиП, л/сут*чел.,
qо сут.uВО
= 300 л/сут*чел.-для общей воды,
qо.сут.uВ1
= 180 л/сут*чел.-для холодной воды,
U − общее число жителей на проектируемом объекте, чел., определяется по формуле:
где:
Uкв
– расчетная заселенность, чел./кв, Uкв
=3,5
nкв
– число квартир на этаже, nкв
=4
nсекц
– число секций в здании, nсекц
=2
nзд
– число зданий на проектируемом объекте, nзд
=1
nэт
– этажность зданий, nэт
=9 эт
U=
чел.
Максимально-суточный расход общей воды (холодной горячей):
qВ0сут
=300·0,252= 75,6м3
/сут
Максимально-суточный расход холодной воды:
qВ1сут
=180·0,252= 45,36м3
/сут
Определяю максимальные секундные расходы
:
, л/с
где:
– секундный расход характерного водоразборного прибора, определяется по прил. 3 СНиП 2.04.01–85*, л/с
= 0,3 л/с,
= 0,2 л/с;
=¦(
·N) – коэффициент, определяется по табл. 2 прил. 4 СНиП 2.04.01–85*, в зависимости от общего числа приборов N на расчетном участке сети и секундной вероятности их действия 
.
N – количество водоразборных точек на объекте, находится по формуле:
где:
Nкв
– количество водоразборных точек в одной квартире, шт., Nкв
=4
nкв
– число квартир на этаже, nкв
=….
nсекц
– число секций в здании, nсекц
=2
nзд
– число зданий на проектируемом объекте, nзд
=1
nэт
– этажность зданий, nэт
=9 эт
N = 
=288 шт.
– секундная вероятность одновременного открытия водоразборной арматуры, вычисляется по формуле:
,
где:
– норма расхода воды потребителем в час наибольшего водопотребления, определяется по прил. 3 СНиП 2.04.01–85*, для жилых домов квартирного типа, оборудованные ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, мойками, умывальниками и унитазами:
= 15,6 л/ч*чел.;
= 5,6 л/ч*чел.;
Вычисляю секундную вероятность:
Вычисляю произведение (N·):
для ВО: (N ·
)=3,64Þ
=2,08
для В1: (N·
)=1,961Þ
=1,421
Секундные расходы составят:
=5·2,08·0,3=3,12 л/с
=5·1,421·0,2=1,421 л/с
Определяю максимальные часовые расходы по формуле:
, м3
/ч
где:
-часовой расход характерного водоразборного прибора, определяется по прил. 3 СНиП 2.04.01–85*.
=300 л/час,
=200 л/час.
=¦(
·N) – коэффициент, определяется по табл. 2 прил. 4 СНиП 2.04.01–85*, в зависимости от общего числа приборов N на расчетном участке сети и часовой вероятности их действия 
;
– часовая вероятность одновременного открытия водоразборной арматуры, вычисляется по формуле:
Вычисляю часовую вероятность:
Вычисляю произведение (N·):
для ВО: (N·
)=13,104Þ
=5,02
для В1: (N·
)=7,061Þ
=3,23
Часовые расходы составят:
=0,005·5,02·300=7,53 м3
/час
=0,005·3,23·200=3,23 м3
/час
Расчетные расходы на объекте приведены в табл. 3.3.1.1.
Таблица 3.3.1.1.
| Система | расходы | ||
| суточные, м3 /сут | часовые, м3 /час | секундные, л/с | |
| ВО | 75,6 | 7,53 | 3,12 |
| В1 | 45,36 | 3,23 | 1,421 |
2.3.2 Расчет элементов системы
Ввод
Ввод рассчитываю на пропуск максимального секундного расхода общей воды: =3,12 л/с, диаметр условного прохода (Ду) подбираю из условия, что скорость течения воды в трубах лежит в интервале от 0,9 м/с до 1,2 м/с.
По таблице А.Ф. Шевелева для стальных водогазопроводных труб:
Ду=50 мм
v=1,41 м/с
1000i=99,7 м/км
По генплану длина ввода L=92,5 м, потери на вводе составят:
hвв
=1000i·L=0,0997·92,5=9,22 м.
Водомерный узел
Водосчетчик рассчитываю на пропуск максимального секундного расхода общей воды: =3,12 л/с. Диаметр условного прохода (Ду) водосчетчика подбирается по табл. 4 СНиП 2.04.01–85* по среднечасовому расходу (
) всего объекта так, чтобы его эксплуатационный расход (
) был больше или равен этому расходу, т.е. 
.
В крыльчатых
водосчетчиках (с диаметром условного прохода Ду<50 мм) потери допускаются до 5 м, а в турбинных
(с диаметром условного прохода Ду≥50 мм) – до2,5 м, если эти условия не выполняются, то берется следующий, больший по сортаменту водосчетчик.
Средний часовой расход общей воды на объекте составит:
м3
/час
hводосч.
=S·(.
qсекВО
·3,6)2
qэкспл.
= 3,63 м3
/ч
S= 0,011 м/(м3
/ч)2
-гидравлическое сопротивление водосчётчика.
Потери напора в водосчетчике:
hводосч.
= 1,39 м < 2,5 м
Принимаю к установке турбинный водосчетчик Ду= 50 мм.
Гидравлический расчет водопроводной сети
Гидравлический расчет водопроводной сети произвожу по неблагоприятному расчетному направлению: ввод квартальной сети, до наиболее удаленного и высоко расположенного здания, магистраль в этом здании, до наиболее удаленного стояка и до наиболее удаленного и высоко расположенного водоразборного прибора.
Результатом гидравлического расчета водопроводной сети является подбор диаметров условного прохода (Ду) расчетных участков сети, удовлетворяющих требованиям: пропуск расчетных максимально-секундных расходов при допустимых скоростях движения воды по трубам. Наиболее экономические выгодные скорости от 0,9 м/с до 1,2 м/с, но не более 1,5 м/с.
Схематично расчетный путь (см. пунктир) показан на рис. 3.3.2.3.1.
Рис. 3.3.2.3.1. Расчетный путь
Расчетный путь разбиваю на расчетные участки, границами которых являются точки присоединения к расчетному пути. Разметку начинаю с квартирных разводок. Расчетные расходы определяю по методике СНиП 2.04.01–85* в зависимости от количества водоразборных точек, получающих воду через расчетный участок.
kм.с
. – коэффициент местного сопротивления, согласно СНиП 2.04.01–85* п. 7.7 для систем В1 kм.с
=0,3, для (В1 В2) kм.с
=0,2, т. к. в курсовом проекте принят хозяйственно-питьевой водопровод, то принимаю kм.с
.=0,3.
Результаты расчета приведены в табл. 3.3.2.3.1.
Гидравлический расчет водопроводной сети
№ уч-ка | Длина уч-ка L, м | N, шт. |  |  |  |  , л/с | Ду, мм | v, м/с | Потери давления | |
i, м/м | на участке i·L, м | |||||||||
| 1–2 | 0,625 | 1 | 0,00681 | 0,007 | 0,200 | 0,200 | 15 | 1,18 | 0,3605 | 0,225 |
| 2–3 | 0,688 | 2 | 0,014 | 0,200 | 0,200 | 15 | 1,18 | 0,3605 | 0,248 | |
| 3–4 | 3,900 | 3 | 0,020 | 0,215 | 0,215 | 20 | 0,67 | 0,0873 | 0,340 | |
| 4–5 | 3,0 | 6 | 0,041 | 0,258 | 0,258 | 20 | 0,81 | 0,1207 | 0,362 | |
| 5–6 | 3,0 | 9 | 0,061 | 0,291 | 0,291 | 20 | 0,91 | 0,1476 | 0,443 | |
| 6–7 | 3,0 | 12 | 0,082 | 0,320 | 0,320 | 20 | 1,00 | 0,1770 | 0,531 | |
| 7–8 | 3,0 | 15 | 0,102 | 0,345 | 0,345 | 20 | 1,08 | 0,2047 | 0,614 | |
| 8–9 | 3,0 | 18 | 0,123 | 0,371 | 0,371 | 20 | 1,16 | 0,2335 | 0,701 | |
| 9–10 | 3,0 | 21 | 0,143 | 0,392 | 0,392 | 25 | 0,73 | 0,0722 | 0,217 | |
| 10–11 | 3,0 | 24 | 0,163 | 0,413 | 0,413 | 25 | 0,81 | 0,0784 | 0,235 | |
| 11–12 | 9,114 | 27 | 0,184 | 0,434 | 0,434 | 25 | 0,81 | 0,0862 | 0,786 | |
| 12–13 | 2,9 | 36 | 0,245 | 0,489 | 0,489 | 25 | 0,91 | 0,1068 | 0,310 | |
| 13–14 | 0,5 | 72 | 0,490 | 0,672 | 0,672 | 32 | 0,70 | 0,0451 | 0,023 | |
| 14–15 | 2,9 | 108 | 0,735 | 0,823 | 0,823 | 32 | 0,84 | 0,0655 | 0,190 | |
| 15–16 | 7,964 | 117 | 0,797 | 0,858 | 0,858 | 32 | 0,90 | 0,0710 | 0,565 | |
| 16–17 | 1,773 | 144 | 0,981 | 0,960 | 0,960 | 32 | 1,01 | 0,0872 | 0,155 | |
| 17–18 | 7,964 | 171 | 1,165 | 1,054 | 1,054 | 32 | 1,10 | 0,1040 | 0,828 | |
| 18–19 | 2,9 | 180 | 1,226 | 1,084 | 1,084 | 32 | 1,13 | 0,1097 | 0,318 | |
| 19–20 | 0,5 | 216 | 1,471 | 1,201 | 1,201 | 40 | 0,95 | 0,0660 | 0,033 | |
| 20–21 | 2,9 | 252 | 1,716 | 1,313 | 1,313 | 40 | 1,04 | 0,0786 | 0,2279 | |
| 21–22 | 6,497 | 261 | 1,777 | 1,340 | 1,340 | 40 | 1,06 | 0,0816 | 0,530 | |
| 22-цтп | 19,7 | 288 | 1,961 | 1,421 | 1,421 | 40 | 1,13 | 0,0909 | 2,790 | |
∑hдлине 10,67 | ||||||||||
Потери давления на местные сопротивления
∑hм. с.
= kм.с
·∑hдлине
=0,3·∑hдлине
=3,2
Определение требуемого давления в сети
Требуемое давление 
в сети холодного водопровода вычисляется по формуле:
, м
где:
Hгеом
-геметрическая высота подъема жидкости, м
Hгеом
=(Z9 эт
1 м).
-ZКГВ
,
где:
(Z9 эт
1 м) – отметка диктующей точки (смеситель на 9 эт. для умывальника
на Ст. В1 – 8),
Z9 эт
= (Zж/д
h1эт
) hэт
·(nэт
-1), где:
Zж/д
– отметка жилого дома, м; по генплану Zж/д
=110,50 м
h1эт
–высота расположения пола 1-го этажа относительно отметки планировки, м, по заданию h1эт
=1,0 м;
ZКГВ
– отметка земли у колодца городского водопровода (КГВ), м
По генплану ZКГВ
= 110,00 м;
hраб
– рабочее давление у диктующей точке, hраб
= 2 м;
hвв
– потери на воде, м
hводосч
– потери в водосчетчике, м
∑hм. с
– сумма потерь на местные сопротивления, м;
∑hдлине
– сумма потерь по длине сети, м.
Требуемое давление составит:
Hтр
=26,5 2 9,22 1,39 4,956 10,67=54,736 м
Подбор насосов повысительной установки
В связи с отсутствием регулирующей емкости насосные агрегаты подбираю по общему секундному расходу воды:
= 3,12 л/с.
Напор насоса Ннас
должен обеспечивать подъем воды над гарантийным давлением Нгар
в наружной системе водоснабжения (по заданию Нгар
= 21 м)
Ннас
=Нтр
-Нгар
=54,736–21=33,736 м
Расход насоса 
=
= 11,232 м3
/ч.
В ЦТП устанавливаю 2 насоса (1 рабочий 1 резервный)
марки АЦМС15–40, обеспечивающий напор 
= 34
м при подаче
= 15 м3
/ч, мощностью электродвигателя N= 3,0 кВт.
3. Система бытовой канализации
городской водоснабжение бытовой канализация
3.1 Обоснование и выбор схемы
Система внутренней хозяйственно-бытовой канализации принята централизованной.
Схема хозяйственно-бытовой канализации включает: санитарно-технические приборы, гидрозатворы, внутреннюю канализационную сеть, вытяжную часть, устройства для прочистки сети, выпуск, дворовую канализационную сеть и уличную наружную канализационную сеть.
Принятая схема хозяйственно-бытовой канализации приведена на рис. 4.1.1.
Рис. 3.1.1. Схема бытовой канализации:
1-приемники сточных вод (санитарные приборы); 2 – гидрозатворы; 3 – внутренняя канализационная сеть; 4 – вентиляционная часть; 5 – устройства для прочистки (ревизии и прочистки); 6-выпуски; 7-дворовая канализационная сеть; 8 – контрольный колодец; 9 – наружная сеть централизованной городской канализации.
3.2 Конструирование системы К1
Размещение элементов системы в строительных конструкциях здания и на территории произвожу с учетом возможности прокладки трубопроводов, размещения оборудования и труб, возможности их обслуживания, монтажа и демонтажа во время ремонта, с учетом расположения сопутствующих инженерных коммуникаций (отопления и вентиляции, электроснабжения), сохранения целостности несущих конструкций здания (балок, несущих перекрытий и стен, ригелей, колонн), а также минимальных затрат на материалы и монтаж.
3.2.1 Приемники сточных вод
В качестве приемников сточных вод устанавливаю санитарные приборы, которые собирают загрязненные стоки образующиеся в результате хозяйственных и санитарно-гигиенических процедур.
На кухне принимаю мойку для удаления загрязнений с продуктов и посуды. Принимаю мойку изготовленную из нержавеющей стали размером 600х600 мм, врезную, т.е. встраиваемую в отверстие в столешнице.
В ванной комнате устанавливаем улучшенную ванну из полимерных материалов, размером 750х1700 мм. Для исключения затопления помещения ванну оборудую переливом, который соединяется с выпуском. В ванной комнате также размещаю умывальник с переливом размером 500х450 мм.
В санузлах устанавливаем тарельчатый унитаз из керамики в комплекте со смывным бачком.
3.2.2 Гидрозатворы
Гидрозатвор предназначен для предотвращения проникновения токсичных и опасных газов из канализационной сети в помещение, путем создания слоя воды величиной 60 мм.
На мойке предусматриваю двухоборотный гидрозатвор, на ванной – двухоборотный с горизонтальным выпуском, на умывальнике – бутылочный, унитаз со встроенным гидрозатвором. Гидрозатворы изготовлены из полипропиленовой пластмассы, в виду ее повышенной термостойкости.
3.2.3 Канализационная сеть
Канализационная сеть состоит:
1. отводные трубы от приемников сточных вод к стояку.
2. стояки, транспортирующие стоки в нижнюю часть здания
3. сборный коллектор, собирает воду от отдельных стояков и транспортирует ее за пределы здания.
Канализационная сеть прокладывается так, чтобы кратчайшим путем в самотечном режиме удалить воду за пределы здания (см план этажа и подвала). Диаметр отводных труб принимаю конструктивно равным максимальному диаметру выпуска присоединенного к этому трубопроводу, диаметр стояка должен быть больше, либо равен максимальному диаметру отводного трубопровода присоединенного к нему, диаметр отводного коллектора больше либо равен максимальному диаметру присоединенного к нему стояка.
Уклон отводных труб диаметром 50 мм принимаю не менее 0,03, при Ду=100 мм i³0,02, стояки прокладываю вертикально, допустимое отклонение от вертикали не более 10 мм на 1 м.
Внутреннюю сеть монтирую из безнапорных полипропиленовых труб.
Диаметр условного прохода (Ду) канализационных стояков принимаем 50 мм (для моек) и 100 мм (для санузлов). Канализационные стояки прокладываются вертикально. Присоединение боковых отводящих трубопроводов производим в косой тройник (под углом 45 град.). Присоединение стояка к горизонтальным трубопроводам производим плавно в два отвода по 45о
для уменьшения вероятности засорения.
Горизонтальные трубопроводы, объединяющие стояки, прокладываем с уклоном в сторону выпуска. Боковые присоединения осуществляем плавно в косой тройник.
3.2.4 Устройства для прочистки
Устройства для прочистки предназначены для ликвидации засоров, выполняются в виде ревизий, предназначенных для прочистки трубопровода в 2 стороны, или прочисток, обеспечивающих прочистку в 1 сторону по ходу движения жидкости. Ревизии устанавливаю на первом и последнем этаже и через два этажа на третий на расстоянии 1 м от пола, на горизонтальных участках ревизии размещаю через 8–15 м в зависимости от диаметра трубопроводов, а также перед выпуском из здания.
Прочистки устанавливаем на горизонтальных участках сети на расстоянии 10 м друг от друга и на поворотах сети при изменении направления движения сточных вод.
3.2.5 Выпуски
Выпуски прокладываю в земле от стены здания до первого колодца дворовой сети, диаметр выпуска больше либо равен диаметру коллектора. Расстояние до колодца должно обеспечить возможность прочистки выпуска из здания (подвала), минимальное расстояние – 3 м, максимальное –12 м в зависимости от диаметра выпуска. Принимаю выпуск Ду 100 мм, длиной L=5 м, с уклоном i=0,02.
Выпуск прокладываю на глубине меньшей глубины промерзания, так как стоки имеют t» 20–30°С.
hпролК1
=hпром
-0,3;
где
hпром
= 1,5 м
hпролК1
= 1,5 -0,3=1,2 м
3.2.6 Дворовая сеть
Дворовая сеть объединяет все выпуски так, чтобы по кратчайшему расстоянию отвести стоки в городскую сеть, для уменьшения глубины заложения желательно, чтобы уклон трубопровода совпадал с уклоном местности, минимальный диаметр условного прохода дворовой сети Ду=150 мм. Для контроля работы дворовой сети в местах присоединения выпусков, на поворотах, в местах изменения уклона и диаметра, на участках длиной свыше 35 м предусматриваю смотровые колодцы.
Дворовую канализационную сеть принимаем из керамических раструбных труб по ГОСТ 286–82.
3.2.7 Контрольный колодец
Контрольный колодец является административной границей между дворовой и наружной сетью, размещается на расстоянии 1–1,5 м от красной линии внутрь квартала. Если сеть подходит выше отметки шелыги наружной сети, то в контрольном колодце предусматривается перепад, так чтобы присоединение к наружной сети производилось по верхнему своду трубы или по уровню воды.
3.2.8 Вытяжная (вентиляционная) часть
Предназначена для удаления токсичных и взрывоопасных газов из наружной и внутренней канализационной сети. Стояки канализации выводятся выше кровли здания, в связи с тем, что температура паров и воды внутри стояка выше, чем наружного воздуха, то за счет естественного температурного напора воздух из полости стояков поднимается и рассеивается в атмосфере, на его место подсасывается холодный воздух через неплотности в колодцах.
При сужении сечения вентстояка при обмерзании нарушается вентиляция и резко увеличивается вакуум в стояке, что приводит при залповым сбросе в стояк к срыве гидрозатворов, поэтому стояк выводится на высоту 0,3–0,5 м выше неэксплуатируемой кровли, при большей высоте необходимо утепление стояка, чтобы снизить обмерзание. Вытяжные части, проложенные в отапливаемых помещениях прокладывают в основном из пластмассовых труб, стояки, выходящие на кровлю – из асбестоцемента или морозоустойчивой пластмассы.
3.3 Расчет К1
Произвожу на пропуск максимальных секундных расходов в час максимального водопотребления.
3.3.1 Определение расчетных расходов на объекте
Максимальный секундный расход сточных вод на объекте рассчитывается по формуле:
=
, если
<8 л/с
=
, если
≥8 л/с
где:
– расход общей воды на объекте, л/с
=1,6 л/с – секундный расход санитарного прибора с наибольшим водоотведением (смывной бачок унитаза).
В связи с тем, что на К1 имеются приборы с емкостью (смывные бачки, ванны), которые медленно наполняются (с расходом 0,1–0,2 л/с) и быстро опорожняются (0,8–1,6 л/с), что обуславливает на начальных участках значительное превышение секундных расходов в К1 над расходом в В1, поэтому при расходах до 8 л/с к водопроводному расходу прибавляется секундный расход санприбора с максимальным водоотведением.
В моем случае:
= 3,12 л/с<8 л/сÞ
= 1,6 л/с=3,12 1,6=4,72 л/с
3.3.2 Расчет элементов системы
Стояки
Расчет стояков произвожу по самому нагруженному стояку, к которому присоединено наибольшее количество приборов (принимаю стояк от санузла
Ст. К1–11)
Расчетный расход на стояке нахожу по формуле:
= 
1,6 л/с,
где
=¦(
·Nст
)
Водопроводный расход определяю в зависимости от количества приборов на стояке (Nст
=36 шт.) и секундной вероятности их одновременной работы, так как количество водоразборных точек равно числу санитарных приборов, то принимаю вероятность общей воды =0,01264.
(Nст
·
)=0,455Þ=0,6454
= 0,9681 <8 л/сÞ
=0,9681 1,6=2,5681 л/с
Сравниваю полученный расход (
) с допустимым расходом 
при котором не происходит срыва гидрозатвора и который приведен в таблице 8
СНиП 2.04.01–85* для принятого диаметра стояка (Ду=100 мм), угла (45°) и диаметра (Ду=50 мм) присоединения отводного трубопровода к стояку.
=7,4 л/с >
=2,5681 л/с Þ диаметр условного прохода стояка подобран верно.
Гидравлический расчет дворовой канализационной сети
Расчет произвожу от самого удаленного выпуска (Выпуск К1–1 Ду100, i=0,02) от колодца городской канализации (КГК) по ходу движения воды.
При подборе диаметров условного прохода расчетных участков сети должны выполняться гидравлические условия незасоряемости канализации:
скорость движения воды v≥0,7 м/с,
наполнение h/d=0,2÷0,9
Список использованной литературы
1) СНиП 2.04.01–85*. Внутренний водопровод и канализация зданий, Госстрой СССР, 1986 г.
2) Пальгунов П.П., Исаев. В.Н. Санитарно-технические устройства и газоснабжение зданий. Москва Стройиздат 1991 г.
3) Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М. Гидравлика, водоснабжение и водоотведение. Москва Стройиздат.
3) Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М. Стройиздат, 1986 г.
4) Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле Павловского Н.Н.М. Строииздат, 1987 г.
Теоретическая
часть
Общие
сведения о ферромагнетизме.
К ферромагнетикам относятся железо,
никель, кобальт, их соединения и сплавы,
а также некоторые сплавы марганца,
серебра, алюминия и др.
Все
ферромагнетики характеризуются:
1) кристаллическим
строением;
2) большим
значением магнитной проницаемости, а
также существенной и нелинейной ее
зависимостью от напряженности поля и
температуры;
3) способностью
намагничиваться до насыщения при обычных
температурах даже в слабых полях;
4) гистерезисом
– зависимостью магнитных свойств от
предшествующего магнитного состояния
(«магнитной предыстории»);
5) точкой
Кюри, т.е. температурой, выше которой
материал теряет ферромагнитные свойства.
Кривые
намагничивания.
Магнитные свойства ферромагнетиков
характеризуются зависимостями магнитной
индукции B
от напряженности поля H
и потерь на перемагничивание P
от индукции и частоты.
Зависимости
вида B
= f(H)
называют кривыми намагничивания.
Магнитные свойства материала зависят
не только от напряженности поля,
температуры, наличия или отсутствия
механических напряжений и т.д., но и от
предшествующего магнитного состояния.
Основная
кривая намагничивания
представляет собой геометрическое
место вершин симметричных петель
гистерезиса, получающихся при циклическом
перемагничивании (рис. 1).
Петля
гистерезиса.
При циклическом перемагничивании кривая
намагничивания образует петлю гистерезиса
(рис. 2).
Форма
петли для данного материала зависит от
значения поля Hmax.
Для слабых полей она имеет вид эллипсов,
с увеличением поля у нее начинают
вытягиваться «носики», соответствующие
точкам A1
и А2
(рис. 2).
Петлю
гистерезиса, полученную при условии
насыщения, называют предельной. В
справочниках обычно приводятся
симметричные предельные петли гистерезиса.
Основными
характеристиками петли гистерезиса
являются остаточная
индукция Br,
коэрцитивная сила Hc
и площадь петли, характеризующая потери
на гистерезисwг
за один цикл перемагничивания.
Остаточной
индукцией Br
называют индукцию, которая остается в
предварительно намагниченном образце
после снятия внешнего магнитного поля.
Коэрцитивная
сила Hc
– это размагничивающее поле, которое
должно быть приложено к предварительно
намагниченному образцу, для того чтобы
индукция в нем стала равной нулю.
Энергия
потерь на гистерезис, отнесенная к
единице объема вещества за один цикл
перемагничивания
[Дж/м]3] (1)
При
перемагничивании материала с частотой
f
(Гц) удельные потери на гистерезис
[Вт/кг] (2)
где
(rho) – плотность материала, кг/м3.
Магнитные
материалы.
Магнитным называют материал, применяемый
в технике с учетом его магнитных свойств.
Общепринято
выделение двух основных групп магнитных
материалов – магнитомягкие
и магнитотвердые.
Характерными
свойствами магнитомягких материалов
являются их способность намагничиваться
до насыщения даже в слабых полях (высокая
магнитная проницаемость) и малые потери
на перемагничивание.
Магнитотвердые
материалы (материалы для постоянных
магнитов) обладают большой удельной
энергией. Эта энергия тем больше, чем
больше остаточная индукция Br
и коэрцитивная сила Hc
материала.
Сравнивая
петли гистерезиса, характерные для
обеих групп материалов, можно отметить,
что форма петли, индукция насыщения и
остаточная индукция примерно одинаковы,
а разница в коэрцитивной силе достигает
очень большого значения Для промышленных
магнитомягких материалов наименьшая
Hc
~ 0,4 А/м, а для магнитотвердых наибольшая
Hc
~ 800 000 А/м, т.е. она отличается в 2·106
раз.
Магнитомягкие
материалы. Магнитомягкие
материалы принято классифицировать по
их основному химическому составу,
который в значительной степени определяет
технологию производства, свойства и
области применения материала. В
соответствии с этим магнитомягкие
материалы подразделяют на различные
группы.
Технически
чистое железо
(низкоуглеродистая электротехническая
сталь) – это железо, содержащее
ограниченное количество примесей,
прежде всего углерода, получаемое
методами прямого восстановления чистых
руд.
Технически
чистое железо является дешевым
и технологичным материалом,
хорошо штампуется и обрабатывается на
всех металлорежущих станках, обладает
высокими
магнитными свойствами в постоянных
полях.
Основной недостаток железа состоит в
малом
значении удельного электрического
сопротивления,
что ограничивает область его применения
как магнитного материала постоянными
магнитными полями. В переменных полях
железо применять нецелесообразно ввиду
больших потерь на вихревые токи.
Электротехнические
(кремнистые) стали
представляют собой твердый раствор
кремния в железе.
К
преимуществам электротехнических
сталей относятся большие
значения удельного электрического
сопротивления
и высокие
магнитные свойства.
Основными недостатками этих сталей
являются повышенная
твердость и хрупкость,
а также пониженные
значения индукции насыщения
(по сравнению с железом).
Электротехнические
стали по сравнению с другими магнитными
материалами наиболее широко применяются
для изготовления магнитопроводов
электрических машин, трансформаторов,
дросселей и других устройств, рассчитанных
на работу при частоте до 400–500 Гц в
области малых, средних и сильных полей,
иногда в постоянных полях и при повышенных
частотах (до 10 кГц).
Свойства
сталей, предназначенных для работы в
средних и сильных магнитных полях при
частоте 50 Гц.
Эта группа сталей является самой большой
по количеству марок и объему применения.
Ее используют главным образом для
производства энергетического оборудования
– генераторов, двигателей, силовых
трансформаторов. Все марки сталей этой
группы производят в виде рулонов, листов
и резаной ленты. Толщина рулонной стали
от 0,28 до 0,65 мм.
Основными
электромагнитными характеристиками
этой группы сталей являются кривая
намагничивания в области средних и
сильных полей, удельные потери при
частоте 50 Гц и различных амплитудах
магнитной индукции.
На
рис. 3 показаны кривые намагничивания,
измеренные в широком диапазоне
напряженности поля для трех наиболее
характерных марок стали рассматриваемой
группы. Рисунок характеризует зависимость
магнитных свойств от степени легирования
и наличия текстуры.
Зависимость
удельных потерь от магнитной индукции
для различных марок сталей имеет
приблизительно одинаковый характер.
Свойства
сталей, предназначенных для работы в
средних полях при повышенной частоте.
Эта группа сталей появилась в связи с
широким использованием в технике
повышенной частоты (400–20 000 Гц).
С
ростом частоты увеличивается влияние
вихревых токов на процессы перемагничивания.
Чтобы вихревые токи были меньше, применяют
специальные высоколегированные
электротехнические стали (Si = 3–3,5%) в
виде тонких листов и лент, обладающие
большим удельным сопротивлением.
Толщину
проката выбирают в зависимости от
значения рабочей частоты. Для частоты
400 Гц рекомендуется применять ленты
толщиной около 0,15 мм. При частотах
400–1000 Гц выбирают более тонкие ленты
(0,08 мм)
Основные
методы измерения потерь на перемагничнвание.
Осциллографический
метод.
Идея осциллографического метода состоит
в следующем. На магнитный образец
(рис. 3.3)
накладывают намагничивающую
обмотку wн
и обмотку для измерения индукции wB.
На вертикальные пластины электронного
осциллографа (с электростатическим
управлением) подают напряжение,
пропорциональное намагничивающему
току, например с резистора Rш,
включенного в цепь последовательно.
На
горизонтальные пластины подают напряжение
с конденсатора С,
включенного последовательно с обмоткой
wBи
активным сопротивлением r.
При соблюдении условий r
>> xC
напряжение на горизонтальных пластинах
(3)
т.е.
его мгновенное значение пропорционально
мгновенному значению индукции в образце.
В
результате сложения отклонений по
горизонтали и вертикали электронный
луч описывает кривую,
изображающую
в некоторых масштабах (они могут быть
подсчитаны) динамическую петлю
гистерезиса.
Осциллографический
метод обладает исключительной наглядностью
и может быть использован в широком
частотном диапазоне. Однако большим
недостатком метода является его малая
точность. Погрешности измерений Н
и В
для этого метода порядка 7–10%.
Ваттметровый
метод
основан на измерении ваттметром полной
мощности, затрачиваемой в цепи катушки
с магнитным образцом. Схема измерения
показана на рис. 4. Потери на
перемагничивание в образце подсчитывают
как разность между показаниями ваттметра
и потерями в измерительных приборах и
намагничивающей обмотке.
Ваттметровый
метод во многих странах стандартизован
для испытания электротехнических
сталей.
О
значении индукции судят косвенно, по
показаниям вольтметра, с помощью которого
измеряют действующее значение напряжения
на обмотке Wв:
U
E
= 4KфfwSBmax, (4)
где
Е
– э.д.с., уравновешивающая приложенное
напряжение; Кф
– коэффициент формы кривой, равный для
синусоиды 1,11; f
– частота; w
– число
витков обмотки Wв;
S
– площадь сечения образца; Bmax
– максимальное значение магнитной
индукции.
Ваттметровый
метод позволяет измерять потери только
на низких частотах, что объясняется в
основном трудностью создания точных
высокочастотных ваттметров.
Калориметрический
метод
основан на измерении теплоты, выделяемой
перемагничиваемым образцом. Основное
преимущество метода перед ваттметровым
состоит в возможности измерений в
сложных режимах намагничивания и в
широком частотном диапазоне – от
инфранизких частот до СВЧ.
Теплоту,
выделяемую образцом, можно измерить
абсолютным или дифференциальным методом.
Абсолютным
методом измеряют температуру жидкости,
заполняющей калориметр с образцом. Для
этой цели применяют термометры с
пределами измерения порядка 18–20°С с
ценой деления 0,01°С.
Пределы
измеряемых таким методом мощностей
составляют от нескольких единиц до
нескольких десятков ватт. Относительная
погрешность измерения потерь в образце
равна приблизительно 1%.
Дифференциальный
метод, обладающий большей чувствительностью,
чем абсолютный, реализуют с помощью
установки, которая состоит из двух
идентичных калориметров: в один помещают
испытуемый магнитный образец, а в другой
– заменитель образца из диэлектрика с
малыми потерями.
На образце имеется
намагничивающая обмотка, а на заменителе
образца – обмотка из провода с большим
удельным сопротивлением, по которой
пропускают плавно регулируемый постоянный
ток известного значения. В каждый
калориметр помещают батарею термопар,
которые включают навстречу друг другу.
P
= I2
r, (5)
где
Р
– мощность
постоянного тока, выделяемая в калориметре
с заменителем образца.
Дифференциальный
метод позволяет снизить предел измерения
потерь до единиц милливатт с погрешностью
порядка 2,5% в широком диапазоне частот
(до 1 МГц). Для измерения индукции на
кольцевой образец кроме намагничивающей
наматывают измерительную обмотку,
подключаемую к вольтметру.
При
испытаниях наиболее удобны образцы
кольцевой формы.
Для кольцевого образца со средним
диаметром Dср,
числом витков намагничивающей обмотки
Wн
и током в ней I
напряженность поля подсчитывают по
формуле
(6)
Преимуществом
кольцевых образцов, кроме простоты
определения напряженности поля, является
высокая степень однородности
намагничивания. Однако кольцевые образцы
не всегда можно изготовить, на них трудно
наматывать обмотки и они не позволяют
создавать сильные намагничивающие
поля.
Методика
измерения магнитных свойств
электротехнической стали.
В
данной лабораторной работе использовалась
методика измерения магнитных свойств
электротехнической стали, основанная
на комбинации осциллографического и
ваттметрового методов. Испытания
проводились путем измерения мгновенных
значений напряжения и тока катушки за
один период частоты сети и дальнейшей
обработки полученных данных с
использованием ЭВМ.
Исследование
магнитных свойств электротехнической
стали на переменном токе частотой 50 Гц
в проводится на двух образцах, фотографии
которых показаны на рис. 5 и 6. Первый
образец имеет кольцевой магнитопровод
из стали марки 2412, вторым образцом
является магнитопровод статора
асинхронного двигателя из стали марки
1521.
На обоих образцах намотаны две
тороидальные обмотки – намагничивающая
Wн
и измерительная Wв.
Параметры образцов приведены в таблице
1.
Таблица 1.
Параметр | Образец 1 | Образец 2 |
Число | 143 | 142 |
Число | 72 | 72 |
Наружный | 0,140 | 0,1355 |
Внутренний | 0,092 | 0,112 |
Высота | 0,023 | 0,05 |
Коэффициент | 0,90 | 0,91 |
Площадь | 0,00056 | 0,000469 |
Средняя | 0,364 | 0,389 |
Плотность | 7950 | 7950 |
Сопротивление | 0,117 | 0,384 |
Электрическая
схема установки представлена на рис. 7.
Питание намагничивающей катушки Wн
осуществляется от сети 220 В, 50 Гц через
регулирующий автотрансформатор Т1
и понижающий трансформатор Т2
(220 В – 17/34 В).
Мгновенные значения
напряжения на основной катушке Wн
и ЭДС на измерительной катушке Wв
снимаются с делителей напряжения R1–R2
и R4–R5.
Сигнал, пропорциональный току катушки,
снимается с шунта R3.
Измеряемые сигналы подключены к
измерительно-вычислительному комплексу
(ИВК).
В
состав компьютерной части системы
измерения входят персональный компьютер
и измерительная плата PCL-818L с коммутатором
входов и аналого-цифровым преобразователем
(АЦП).
Аналого-цифровой
преобразователь PCL-818L имеет 16 входных
аналоговых каналов, разрешение 12
разрядов, скорость опроса каналов 40
кГц, входное напряжение с программным
переключением 10, 5, 2.5, 1.25, 0.625 В, входное
сопротивление 10 МОм.
Программное
обеспечение обеспечивает управление
измерительной платой (переключение
коммутатора входов, опрос АЦП, передачу
измеренного значения в оперативную
память), обработку результатов измерения,
вывод полученных данных на дисплей и
их запись на жестком диске для последующей
обработки. Программа написана на языке
Borland Pascal для работы в среде MS DOS.
Основной
цикл работы программы состоит из
следующих этапов:
измерение
данных по трем каналам u(t),
i(t)
и e(t)
за один период частоты питающего
напряжения и накопление их в памяти
ЭВМ;
вычисление
интегральных параметров (действующих
значений тока I
и напряжения U,
полной S
и активной P
мощностей, потерь на перемагничивание
Pгист
и т.д.);
вывод
интегральных параметров на дисплей в
виде линейных индикаторов;
запись данных на
жесткий диск;
возврат к пункту
1.
Полная
активная мощность потерь Р
испытываемого образца включает в себя
потери на гистерезис в магнитопроводе
Pгист
и потери в меди намагничивющей обмотки
Рм.
Р
= Pгист
Рм. (7)
Полная
активная мощность P
вычисляется как среднее значение
мгновенной мощности за период частоты
сети T
с помощью численного интегрирования
измеренных величин:
(8)
где
p = u·i
– мгновенная мощность, u(t)
и i(t)
– мгновенные значения напряжения и
тока, uk
и ik
– измеренные величины, N
– число измеренных точек за период T.
Потери
в меди намагничивающей обмотки Pм
определяются как:
(9)
где
r
– активное сопротивление катушки.
Гистерезисные
потери на перемагничивание магнитопровода
Pгист
вычисляются как:
(10)
где
V
– объем магнитопровода, f
– частота сети, wг
– энергия потерь на перемагничивание
стали за один период частоты сети,
численно равные площади петли гистерезиса
по формуле (1):
(11)
Принималось,
что весь магнитный поток сосредоточен
в магнитопроводе и равномерно распределен
по сечению. В этом случае мгновенные
значения напряженности и индукции
магнитного поля для последующего
интегрирования вычисляются по следующим
соотношениям:
(12)
Здесь
ik
и ek
– мгновенные значения тока намагничивающей
катушки и ЭДС измерительной катушки.
Кроме
вышеназванных величин вычисляются
действующие значения напряжения U
и тока I,
полная мощность S
и коэффициент мощности CosFi:
(13)
Методические
указания
1. Ознакомиться
с методикой измерения магнитных свойств
электротехнической стали, экспериментальным
стендом, исследуемыми образцами,
электрической схемой испытаний.
Нарисовать электрическую схему испытания,
изображенную на рис. 7.
2. Провести
измерение потерь при различных значениях
магнитной индукции B в образце (ток
намагничивающей катушки не должен
превышать 5 А). Экспериментальные данные
занести в таблицу 2.
Таблица 2.
Экспериментальные | Расчетные | |||||
I, А | U, В | Pгист, Вт | Bmax, Тл | H, А/м | руд, Вт/кг | р*уд, Вт/кг |
… | ||||||
3. Вычислить
объем стали образца V
= kз·lср·Sст
и его массу m
= (rho)·V,
где lср
– средняя длина магнитной силовой
линии, lср
= (rho)·(D
d)/2;
Sст
– площадь поперечного сечения образца;
(rho) – плотность стали, kз
– коэффициент заполнения магнитопровода
сталью. Необходимые данные приведены
в таблице 1.
4. Вычислить
удельные потери в стали руд
= Ргист/m
при измеренных значениях индукции В.
Расчетные данные занести в таблицу 2.
Построить графики зависимостей индукции
магнитного поля В
в образце от напряженности поля Н
(рис. 8) и удельных потерь руд
от В
(рис. 9).
Определить удельные потери
на гистерезис при индукции поля В1,0
= 1 Тл и частоте f50
= 50 Гц (руд
1,0/50).
Вычислить и занести в таблицу 2
аппроксимационную зависимость р*уд
= руд
1,0/50·В2
и построить ее на графике р*уд
= руд(В).
Контрольные
вопросы
1. Как
изменится величина удельных потерь при
увеличении частоты намагничивающего
тока?
2. Как
изменится величина удельных потерь при
увеличении толщины листов электротехнической
стали?
3. Как
изменится величина удельных потерь при
уменьшении удельного сопротивления
стали?
Рис. 7 Электрическая
схема установки
Контрольные
вопросы
Опишите процессы,
происходящие в ферромагнитных материалах
при их перемагничивании, в соответствии
с кривыми намагничивания. Охарактеризуйте
типы кривых намагничивания. 2. Назовите
параметры петли гистерезиса и другие
параметры, характеризующие магнитные
свойства материалов. 3. Поясните различия
между магнитомягкими и магнитотвердыми
ферромагнитными материалами. Приведите
примеры данных материалов. 4. Назовите
виды потерь на перемагничивание в
ферромагнитных материалах. 5. Приведите
примеры областей применения ферромагнитных
материалов с различными свойствами.
