Das Rohrnetz städtischer Wasserwerke: Berechnung, Bau, Betrieb [3. Auflage. Reprint 2019] 9783486762013, 9783486761993

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DAS ROHRNETZ STÄDTISCHER WASSERWERKE BERECHNUNG • BAU • BETRIEB VON

H. P. RRINKHAUS BERAT. INGENIEUR II. HYDROLOGE

MIT 196 T E X T A B B I L D U N G E N 47 Z A H L E N - U N D 13 B I L D T A F E L N UND ZAHLREICHEN

BERECHNUNGSBEISPIELEN

DRITTE, NEUBEARBEITETE

AUFLAGE

M Ü N C H E N U N D B E R L I N 1930 VERLAG YON R. OLDENBOURG

Alle Rechte, einschließlich des Übersetzungsrechtes, vorbehalten Copyright 1930 by R.Oldenbourg, München und Berlin

D r u c k von R. O l d e n b o u r g , M ü n c h e n u n d

Berlin

Vorwort zur dritten Auflage. Auch bei der dritten Auflage dieses Werkes ist daran festgehalten worden, ein Handbuch für den praktischen Gebrauch für Wasserrohrnetzbetriebe herauszubringen. Aus diesem Grund ist auch bei dieser Auflage der Charakter des Buches in keiner Weise geändert. Nach wie vor soll es als Nachschlagebuch für den in der Praxis stehenden Ingenieur zur Berechnung von Wasserrohrnetzen dienen, dem in diesen Beruf eintretenden Techniker soll es ein Ratgeber sein für alle Fragen, die ein Wasserrohrnetzbetrieb mit sich bringt. Letzterer wird aus dem Buche Anregungen schöpfen, die ihm erst nach langjähriger Tätigkeit in diesen Betrieben geläufig werden. Die Folge des Stoffes und den wissenschaftlichen Aufbau hat der Verfasser so gehalten, daß sich jeder Leser, ganz besonders auch der Mittelschüler, in diese Materie leicht einarbeiten kann. Der Verfasser hat besonderen Wert darauf gelegt, Anforderungen an gute mathematische Kenntnisse nicht zu stellen, nur in wenigen Fällen war die Anwendung höherer Mathematik nicht zu umgehen. Der verhältnismäßig gute Absatz der zweiten Auflage hat wiederum bewiesen, daß ein Bedürfnis für ein Buch, das die vielseitigen Fragen eines Wasserrohrnetzes behan delt, vorlag. In der dritten Auflage sind einzelne Artikel verkürzt, dafür andere neu aufgenommen worden. Ich hoffe, daß auch die dritte Auflage sich eines ebenso großen Leserkreises erfreuen wird als die voraufgegangenen Auflagen. E s s e n im Mai 1930. H. P. Brinkhaus.

Inhalts -Verzeichnis. Seite

Erster Abschnitt. leitungen

Die B e r e c h n u n g von W a s s e r r o h r -

a) Einleitung b) Die Druckverhältnisse in Wasserrohrleitungen c) Gleichungen zur Berechnung von Wasserrohrleitungen . 1. Allgemeines 2. Abhängigkeit des c-Wertes 3. Gleichungen mit konstanten c -Werten 4. Gleichungen mit c-Werten in Abhängigkeit von der Wassergeschwindigkeit 5. Gleichungen mit c-Werten in Abhängigkeit von Rohrdurchmesser 6. Gleichungen mit c-Werten in Abhängigkeit von Wassergeschwindigkeit und Rohrdurchmesser 7. Gleichungen mit c-Werten in Abhängigkeit von Wassergeschwindigkeit, Rohrdurchmesser, Zähigkeit und spezifischem Gewicht des Wassers 8. Gleichungen ohne erkennbare Abhängigkeit der c-Werte 9. c -Werte des Verfassers d) Bestimmung des Druckverlustes bei verschiedenen Belastungsfällen 1. Leitungen mit gleichbleibender Belastung 2. Leitungen mit gleichbleibenden Belastungsstrecken bei verschiedenen Belastungsgrößen 3. Leitungen mit gleichmäßiger Wasserabgabe 4. Leitungen mit Aneinanderreihung von gleichbleibender Belastung und gleichmäßiger Wasserentnahme . . . 5. Besondere Bemerkungen e) Verhältnis der Leistungsfähigkeit von mehreren untereinander verbundenen Rohrsträngen f) Bestimmung des ideellen Rohrdurchmessers einer Rohrleitung g) Ermittelung der Rohrdurchmesser, des Druckverlustes und der Wassergeschwindigkeiten an Hand v. Übersichtstafeln 1 ) 1. Zweck und Inhalt der Übersichtstafeln 2. Rechnungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Übersichten 5 u. 6 1

) Siehe Anhang.

1 1 2 5 5 8 9 10 11 13 14 16 17 20 20 20 21 25 25 26 29 31 31 33

— VI — Seite

h) Ermittelung der wirtschaftlichen Druckgefällslinie bzw. Rohrdurchmesser I. Fallrohrleitungen 1. Leitungen mit gleichbleibender Belastung . . . . 2. Leitungen mit gleichbleibenden Belastungsstrecken bei verschiedenen Belastungsgrößen 3. Leitungen mit gleichbleibender Wasserentnahme . 4. Leitungen mit gleichbleibender Wasserentnahme und Abgabe am Ende 5. Leitungen bei Aneinanderreihung von gleichbleibender Belastung und gleichbleibender Wasserentnahme 6. Zeichnerische Bestimmung der wirtschaftlichen Druckgefällslinie 7. Bestimmung der wirtschaftlichen Druckgefällslinie nach einem vereinfachten rechnerischen Verfahren I I . Leitungen für künstliche Hebung des Wassers . . . a) Zeichnerisches Verfahren 1. 2. 3. 4.

37 38 42 43 46 49 51 53 53

Allgemeines Rohrleitungskosten Maschinenkosten Betriebskosten

53 54 55 55

b) Rechnerisches Verfahren c) Der wirtschaftliche Durchmesser für die zweite Druckrohrleitung f ) Berechnung und Ausführung von Heberleitungen 1. Berechnung von Heberleitungen 2. Die Ausführung von Heberleitungen 3. Rechnungsbeispiele Zweiter Abschnitt.

36 37

61 65 70 70 75 79

Die Wasserrohrnetze

82

a) Rohrnetze mit einer Druckzone b) Rohrnetze mit mehreren Druckzonen c) Die Berechnung von Wasserrohrnetzen mit einer Druckzone

82 86 89

1. 2. 3. 4. 5.

Allgemeines 89 Wahl des Wasserverbrauches je Kopf und Tag . . . 91 Ermittelung des Wasserverbrauches je lfd. m Straße 92 Bestimmung der Wasserscheidepunkte 94 Zusammenstellung der Verbrauchsmengen und die Belastungsschaulinien 97 6. Bestimmung der Rohrdurchmesser 99 7. Ermittelung des ungünstigsten Versorgungspunktes . . 1 0 1

d) Die Berechnung von Druckzonen e) Rechnungsbeispiel

Wasserrohrnetzen

mit

mehreren 103 104

— VII — Seite

D r i t t e r A b s c h n i t t . Die R o h r e , F o r m s t ü c k e u n d Ausrüstungsstücke a) Rohrmaterial . 1. Für Betriebsdrücke bis zu 10 Atm 2. Für Betriebsdrücke über 10 Atm b) Vor- und Nachteile der gußeisernen und schmiedeeisernen Rohre c) Außergewöhnliche Muffenformen d) Die Formstücke und ihre Anwendung 1. Für Betriebsdrücke bis zu 10 Atm 2. Für Betriebsdrücke über 10 Atm e) Die Verwendung schmiedeeiserner Rohre im Wasserleitungsbau 1. Allgemeines 2. Der Rohrdurchmesser 3. Muffenformen 4. Ausführung der Flanschen 5. Formstücke 6. Dichtung der Rohre . 7. Verwendungszweck 8. Krümmerschweißungen f) Die Ausrüstungsstücke und ihre Anwendung 7. Schieber- und Hydrantenschilder Vierter Abschnitt. V o r a r b e i t e n f ü r den Bau von Wasserrohrleitungen und Wasserrohrnetzen . . . a) Fallrohrleitungen b) Druckleitungen c) Wasserrohrnetze d) Druckerhöhungsanlagen e) Bauzeichnungen f) Die Vergebung von Rohrverlegungsarbeiten an einen Unternehmer g) Besondere Bedingungen für die Ausführung des Rohrnetzes und der Hausanschlüsse für das städt. Wasserwerk. . . 1. Allgemeines 2. Die maßgebenden Vertragsunterlagen 3. Gegenstand der Leistungen und Lieferungen . . . 4. Umfang der Leistungen und Lieferungen 5. Übernahme der Materialien 6. Abstecken der Rohrgräben 7. Aufbruch des Straßenkörpers 8. Aushub der Rohrgräben 9. Mehraushub der Rohrgräben 10. Absteifungen und Wasserhaltung

115 115 115 117 119 120 127 127 144 148 148 148 150 152 153 159 160 161 161 178 178 178 180 182 183 184 185 189 189 189 190 191 192 193 194 194 195 195

— VIII — 11. Fels-, Eisenschlacken- und Mauerwerkaushub . . . 12. Hindernisse 13. Das Verlegen der Röhren, Formstücke und Zubehörteile 14. Verdichten der Röhren und Beschaffenheit der Dichtungsstoffe 15. Wasserdruckprobe 16. Herstellung der Hausanschlüsse 17. Zufüllen der Rohrgräben 18. Wiederherstellung der Oberfläche . 19. Entschädigungsanspruch auf Minderleistung . . . . 20. Haftung des Unternehmers 21. Aufmaße und Verrechnung 22. Anfang und Vollendung der Arbeiten 23. Verzugsstrafe 24. Arbeitsplan 25. Gewährleistung und endgültige Übernahme . . . . 26. Bürgschaft und Haftpflicht des Unternehmers . . . 27. Vergebung an Unterunternehmer 28. Behandlung von Funden 29. Tod 30. Umfang und Einreichungszeitpunkt des Angebotes . 31. Zuschlagserteilung

Seite

196 196

197 199 201 202 204 205 205 205 206 206 207 207 207 208 208 208 208 209 209

F ü n f t e r A b s c h n i t t . D e r B a u von W a s s e r r o h r l e i t u n g e n 209 a) b) c) d)

e) f) g) h)

i) k) 1) m) n)

Die Das Das Das

Rohrlage Abstecken der Rohrgräben Aufbrechen der Straßendecke Ausheben der Rohrgräben

209 211 213 215

1. Bei gewöhnlichen Bodenverhältnissen 2. Bei Felsen 3. Bei Grundwasserandrang

215 217 219

Aussteifungen der Rohrgräben Das Verlegen der Rohre und Formstücke Der Einbau der Zubehörteile Das Verdichten der Muffen bei Anwendung von Gußblei

221 223 227 229

1. Das Verstricken der Muffen 2. Das Vergießen der Muffen 3. Das Verstemmen der Muffen

229 231 234

Das Verdichten der Muffen mit Bleiwolle Bemerkungen zur Verlegung von schmiedeeisernen Rohren Werkzeuge einer Rohrlegerkolonne Wasserdruckprobe Verfällen der Rohrgräben und Wiederherstellen der Straßendecke

237 239 242 243 245

— IX — Seite

o) Die Bauleitung p) Sicherheitsmaßregeln q) Schieber- und Hydrantenschilder Sechster Abschnitt. gungen a) b) c) d) e) f)

Besondere Fälle von

247 250 251 Rohrverle251

Straßenanschlüsse Kanalkreuzungen Eisenbahndammkreuzungen Eisenbahnüberführungen Bach- u n d F l u ß k r e u z u n g e n Heberleitungen

Siebenter Abschnitt.

Die H a u s a n s c h l ü s s e

251 . 254 255 257 258 261 263

a) R o h r m a t e r i a l 263 1. Bleirohr 263 2. Verzinktes Eisenrohr 264 3. Schmiedeeiserne R o h r e 265 4. Gußeiserne R o h r e 266 b) Herstellung des Anschlusses an die Straßenleitung . . . 266 c) Bemerkungen bei Herstellung von Anschlüssen an schmiedeeisernen R o h r e n 275 Achter Abschnitt.

Die B e t r i e b s a r b e i t e n

276

a) Die R o h r n e t z p l ä n e 276 b) Rohrnetzbetrieb 280 c) Die Wassermesser 284 1. Allgemeines 284 2. Die P r ü f u n g der Wassermesser 291 a) Die P r ü f u n g s v o r r i c h t u n g 291 ß) P r ü f u n g der Wassermesser auf Druckabfall . . . 292 y) B e s t i m m u n g der Fehlerschaulinie 294 d) Wassermesseranlagen 296

Erster Abschnitt.

Die Berechnung von Wasserrohrleitungen. a) Einleitung. Die richtige Bemessung von Wasserrohrnetzen ist für einen wirtschaftlichen Wasserwerksbetrieb von großer Wichtigkeit. Jeder Techniker, der einem solchen Betriebe vorzustehen hat, sollte in der Lage sein, alle vorkommenden Aufgaben auch in wirtschaftlicher Beziehung lösen zu können. Bis heute fehlt es noch an einem Verfahren, das auf den Wasserwerken allgemeine Verwendung gefunden hat. Dies mag darauf zurückzuführen sein, daß die Angaben hierüber zu kurz gefaßt und sich vielfach nur auf ein besonderes Beispiel beziehen, oder daß für die Durchrechnung sehr gute mathematische Kenntnisse unbedingt erforderlich sind. Vielfach wählt man in Rohrnetzbetrieben die Rohrdurchmesser nach dem Gefühl, ohne daß irgendwelche Erhebungen angestellt werden, welcher Rohrdurchmesser sich am günstigsten stellen würde. Das findet man besonders viel auf kleinen Werken, wo es meistens an den entsprechend ausgebildeten technischen Kräften fehlt, die sich mit der Frage eingehend beschäftigen könnten. Wie oft hat man bei diesem Verfahren die Erfahrung gemacht, daß sich nach Jahren das gewählte Rohr als zu klein erweist, so daß eine weitere Ausdehnung dieses Stranges nicht mehr möglich ist, ohne Gefahr zu laufen, daß der Druck über die zulässige Grenze sinkt. Bei der Wahl des Rohres hat man vielleicht nicht mit einer so starken Bebauung gerechnet, oder man hat gar etwa höhere Kosten gescheut, die unter Umständen garnicht im Verhältnis zur Leistungsfähigkeit des größeren Rohres gestanden haben. Den begangenen Fehler sucht man sehr oft dadurch zu beseitigen, daß man in einer geplanten Straße ein größeres Rohr vorsieht. Nicht immer ist diese Aufgabe einB r i n k Ii a u s , R o h r n e t z .

3. Aufl.

1

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2

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wandfrei zu lösen, ohne dem Rohrnetz den von Anfang an hineingelegten Aufbau zu nehmen. Darum unterlasse man nicht, zu prüfen, wie sich die Preise der Rohre zur Leistungsfähigkeit verhalten. So leistet z. B . bei gleichem Druckverlust von 0,02 m auf 1,0 m ein 80 mm-Rohr 3,6 Sekl. und ein 100 mm 6,4 Sekl. Es leistet demnach ein 100 mm-Rohr 78 v. H. mehr als ein 80 mm-Rohr, also bald das Doppelte. Der Preis eines lfdm fertig verlegten 80 mm-Rohres wird sich im Mittel auf M. 7 stellen und der eines 100 mm-Rohres auf M. 8,55. Der Preisunterschied beträgt daher nur 22 v. H. Hieraus ist ersichtlich, daß die Preise fertig verlegter Rohrleitungen nicht im Verhältnis der Leistungsfähigkeit wachsen. Besonders bei kleinen Rohren soll man deshalb nicht viel Wert auf geringe Mehrkosten legen und nicht außer acht lassen, daß die Leistungsfähigkeit durch die eintretenden Bekrustungen ganz erheblich herabgemindert wird. Viele Werke haben sich daher schon mit Recht zum Grundsatz gemacht, Rohre unter 100 mm nicht zu verlegen, was vom betriebstechnischen Standpunkte aus betrachtet nicht zu verkennende Vorteile bietet; so z. B. bei einem Rohrbruch, bei dem eine Hauptverteilungsleitung außer Betrieb gesetzt werden muß, wo in diesem Falle die 100 mm-Verteilungsleitungen imstande sind, fast das Doppelte zu leisten als 80 mmLeitungen.

b) Die Druckverhältnisse in Wasserrohrleitungen. Denken wir uns eine Leitung von der Länge L (Abb. 1), die von einem Behälter mit gleichbleibender Wasserspiegelhöhe ausgeht und bei x ein oben offenes Standrohr hat. Nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren müßte sich der Wasserspiegel in dem Standrohr in gleicher Höhe des Wasserspiegels des Hochbehälters einstellen, wenn das Wasser in der Leitung sich in Ruhe befinden würde. Die bei x auftretende Pressung (ruhende Druckhöhe) würde dann sein: wenn y das Eigengewicht der Flüssigkeit bedeutet. Da nun bei Wasser y = 1 ist, so ist: Px =

—

3

—

Befindet sich das W a s s e r in der L e i t u n g in Bewegung, so wird a u c h hier, wie bei j e d e m a n d e r e n K ö r p e r , der sich in Bewegung b e f i n d e t , R e i b u n g erzeugt, die sich d u r c h D r u c k a b n a h m e in der L e i t u n g b e m e r k b a r m a c h t . Der auf einer

A b b . 1.

beliebigen L ä n g e lx e n t f a l l e n d e D r u c k v e r l u s t sei hx. Der D r u c k von px v e r m i n d e r t sich d a h e r an jeder Stelle u m den Reibungsverlust hx, somit i s t : Px ~ ZX

hx-

W e r d e n a n verschiedenen Stellen der L e i t u n g die jeweiligen W e r t e hx bei der wagerechten Linie a—b beginnend aufgetragen u n d diese P u n k t e d u r c h eine Linie v e r b u n d e n , so h a t m a n die D r u c k g e f ä l l s l i n i e oder die L i n i e d e s D r u c k v e r l u s t e s entworfen. Weiter ist n a c h d e m allgemeinen Gesetz v o n der Bewegung des Wassers eine Fallhöhe v o n A'

=

(1)

2g

erforderlich, u m d e m W a s s e r die Geschwindigkeit v zu erteilen. Um diesen W e r t , den m a n die Geschwindigkeitshöhe n e n n t , verringert sich noch der D r u c k pj. T r ä g t m a n obigen W e r t an einigen Stellen, bei der Druckgefällslinie beginnend, n a c h a b w ä r t s auf u n d v e r b i n d e t diese P u n k t e d u r c h eine Linie, so hat m a n die L i n i e d e r D r u c k h ö h e n oder die D r u c k l i n i e gefunden. H a t an jeder Stelle der L e i t u n g das Wasser die gleiche Geschwindigkeit, so l ä u f t die Drucklinie im A b s t ä n d e h! der Druckgefällslinie parallel. 1*

Der an einer beliebigen Stelle der Leitung auftretende tatsächliche Druck ist somit: Hx

=—

1)2 \ 2g J '

Ih

Da man nun im Wasserleitungsbau nicht notgedrungen über Geschwindigkeiten von 1,50 m in der Sek. hinausgeht, so v2

vernachlässigt man für gewöhnlich den Wort --—, da dieser O

dem Reibungsverlust gegenüber verschwindend klein ist (bei 1,50 m = 0,115 m) und setzt daher: Hx = zx — hx

(2)

Demnach ist der Druck am Ende einer Leitung He = z

e

~ h

(3)

wenn zc der Höhenunterschied am Ende der Leitung und h der Druckverlust auf die Länge l bedeutet. Der Druckverlust auf die L ä n g e n e i n h e i t ist:

Im Wasserfach entwirft man die Drucklinie in der einfachen Weise, indem man den Wert h am Ende der Leitung (bei b) abwärts aufträgt und die Linie a—c zieht. Bei wechselreichem Gelände stellt diese Linie nicht genau die Druckhöhen dar, da die Länge der Druckleitung nicht an jedem Punkte im gleichen Längenverhältnis mit der Rohrleitung steht. Aus

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5

— •

obengenannten Gründen bezeichnet man daher die D r u c k l i n i e gleichzeitig als D r u c k g e f ä l l s l i n i e . Die bisher besprochenen Leitsätze beziehen sich nur auf Gefällsleitungen, und es soll daher aus diesem Grunde noch untersucht werden, wie sich die Verhältnisse bei Druckleitungen gestalten. Zur Betrachtung dieser Verhältnisse benutzen wir die Abb. 2. Nach dieser Abb. hat die Pumpe die Druckhöhe Ha zu überwinden, die sich zusammensetzt aus der Behälterhöhe H, dem Reibungsverlust h und der Geschwindigkeitshöhe ti. Die Druckhöhe Hx an einer beliebigen Stelle der Leitung ist: U2 Hx = Zx + hx + o2 Auch hier vernachlässigt man den letzten Wert ~r— seiner 2g Geringfügigkeit wegen in den meisten Fällen und setzt daher: Ha = H + h

(5)

c) Gleichungen zur Berechnung von Wasserrohrleitungen. 1. Allgemeines. Die an ein Wasserrohrnetz zu stellenden Anforderungen laufen dahin aus, daß es noch nach langjährigem Gebrauche imstande sein muß, die für die Versorgung am ungünstigsten gelegenen Punkte mit den notwendigen Wassermengen, unter regelrechten Druckverhältnissen, zu versorgen. Eine einwandfreie Versorgung ist nur dann gewährleistet, wenn der Druck im Rohrnetz während des Höchstverbrauches, wenn also die Druckverluste am größten werden, nicht unter die zulässige niedrigste Druckhöhe sinkt. Als für die Versorgung am ungünstigsten gelegenen Punkte kann man sowohl die höchsten als auch die vom Hochbehälter aus am entferntesten gelegenen Teile des Versorgungsgebietes in Betracht ziehen. Als niedrigste Druckhöhe ist im allgemeinen 20 bis 25 m über Straßenkrone anzunehmen, doch wird sie sich dem jeweiligen Gepräge des Versorgungsgebietes anpassen müssen. Darum muß im Innern einer Stadt mit hohen Häusern ein

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höherer Druck vorhanden sein als in den Vororten mit niederen Gebäuden. Damit die genannten Bedingungen erfüllt werden, muß für die Berechnung von Rohrleitungen der höchste Verbrauch zugrunde gelegt werden. Weiter muß für die Durchrechnung eine Gleichung in Anwendung gebracht werden, welche die Gewähr leistet, daß die hiernach errechneten Rohrleitungen noch nach langjährigem Gebrauche den an sie gestellten Anforderungen genügen, denn es ist allgemein bekannt, daß der Rohrquerschnitt nach Jahren durch Rostbildung verkleinert wird bzw. die Reibungsverluste vergrößert werden. Je nach der Wasserbeschaffenheit geschieht dies langsamer oder schneller. Dieser Tatsache muß bei Bestimmung der Rohrdurchmesser unbedingt Rechnung getragen werden. In folgendem bezeichnen: L die Gesamtlänge der Rohrleitung in m, *?cbm die Wassermenge in Sekcbm, F der Querschnitt der Leitung in qm, Dm der lichte Rohrdurchmesser in m, v die Wassergeschwindigkeit in m je Sek. Die Leistungsfähigkeit einer Rohrleitung hängt von der darin herrschenden Geschwindigkeit des Wassers und von dem Querschnitt des Rohres ab. Die allgemeine Gleichung lautet: D 2ti