Глава 3
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ РАСЧЕТУ НАПОРНЫХ ВОДОВОДОВ
11. ШЕРОХОВАТОСТЬ НАПОРНЫХ ВОДОВОДОВ
Для возможности использования формул (15) и (17) в практических расчетах необходимо иметь таблицу значений эквивалентной равномерно зернистой шероховатости кэ, характеризующей степень неровности стенок трубы. Значение кэ является ’’суммарным” или ’’групповым” показателем шероховатости и может быть найдено лишь путем обработки опытных данных испытаний трубопроводов. В нашей работе исходными данными служили результаты наиболее надежных опытов ряда исследователей, а также имеющиеся в литературе данные об эквивалентной зернистой шероховатости для водоводов различного назначения и из разных материалов [19, 20, 30, 36]. Непосредственно из графиков λ = f (Re) определялись значения кэ (см. рис. 5—15). При этом исходили из того положения, что хотя характер сопротивления не меняется при переходе от лабораторных к натурным испытаниям, однако значение абсолютной шероховатости может существенно изменяться. Нельзя упустить из виду, что укладка промышленных трубопроводов не соответствует укладке труб в лабораторных условиях, выполняемой с исключительной тщательностью. Поэтому многие дополнительные сопротивления или ускользают, или искусственно устраняются из круга наблюдений.
Шкала значений абсолютной эквивалентной шероховатости кэ для стальных и бетонных водоводов как новых, так и бывших в эксплуатации, а также для необлицованных туннелей и туннелей в скальных грунтах приводится в табл. 2—5.
Таблица 2. Абсолютная эквивалентная шероховатость кэ для стальных напорных водоводов
Продолжение табл. 2
Примечание. В числителе дроби указаны пределы изменения кэ для данной группы шероховатости, в знаменателе - наиболее вероятное значение кэ.
Таблица 3. Абсолютная эквивалентная шероховатость кэ для бетонных напорных водоводов и туннелей с бетонной облицовкой
Продолжение табл. 3
Таблица 4. Абсолютная эквивалентная шероховатость kэ для необлицованных туннелей, установленная на основе натурных исследований
Породы | D, м | k э , м |
Гнейс | 3 - 13,5 | 0,300-0,700 |
Гранит | 3-9 | 0,200-0,700 |
Сланец | 9-12 | 0,250-0,650 |
Кварц, кварциты | 7-10 | 0,200-0,600 |
Осадочные породы | 4-7 | 0,400 |
Нефритоносные породы | 3-8 | 0,200 |
Таблица 5. Абсолютная эквивалентная шероховатость kэ для напорных туннелей в скальных грунтах (без обделки)
Группа шероховатости | Методы производства работ, характеристика поверхности | kэ , м |
1 | Туннели, высеченные гладким взрыванием в массиве со слабой трещиноватостью | 0,100-0,140 |
2 | Туннели, высеченные гладким взрыванием в массиве с выраженной трещиноватостью | 0,130-0,500 |
3 | Туннели, грубо высеченные с весьма неровными поверхностями | 0,500-1,500 |
В таблицах указаны широкие пределы изменения kэ. Это объясняется тем, что в пределах каждого вида водоводов (стальные, бетонные и др.) имеются значительные изменения как в размере, так и в типе шероховатости, обусловленные различным методом изготовления и соединения и находящие отражение в значении kэ. Колебания значений kэ для бетонных водоводов, например, достигают 2—4 раз, а для стальных водоводов одной и той же группы шероховатости — 1,5-4 раз; для водоводов, бывших в эксплуатации, 1-8 раз. Однако даже заметные изменения в выборе kэ весьма слабо влияют на коэффициент трения λ (учитывая, например, что в формуле Маннинга изменению коэффициента п в 3 раза соответствует изменение кэ в формулах (16) и (17) примерно в 1000 раз, так как п изменяется пропорционально логарифму изменения kэ). Так, для стального водовода диаметром d=250 мм ошибка в определении kэ в 2 раза дает ошибку в определении расхода всего на 5 %.
Широкие пределы колебаний kэ иногда отмечаются в качестве недостатка формулы (17). На самом деле это является существенным преимуществом формулы, позволяющим составить подробную шкалу шероховатостей, так называемую ’’растянутую шкалу”.
При пользовании таблицами 2—5 следует иметь в виду, что потери напора в местных сопротивлениях должны учитываться особо, так же как и возможное увеличение шероховатости водоводов в процессе эксплуатации.
