Водозабор берегового типа

 

Содержание

                                                                                                                                              стр

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Характеристика места водозабора

 

Условия  забора воды из реки (табл. 12 [1]) – средние, так как толщина льда 0,73 м, что меньше 1,2 м, мутность 230 мг/л, что меньше 1500  мг/дм³.

Категория водозабора – 1, поэтому  предусмотрено секционирование  водоприемной части.

 

 

2.Определение категории водозабора

 

Расчетное население  определено по формуле:

 

N = Q / 0.001 · q _ж     (3.1)

 

Где Q – расчетный суточный расход воды городом, Q = 36000 м³/сут, (по заданию);

q_ж – норма водопотребления, принята по табл. 1 [1], q_ж = 250 л/с.

 

N = 36000 / 0.001·250 = 144000 чел.

 

По пункту 4.4 [1]  водозабор относится к первой категории надежности, так как число жителей более 50000 чел. Допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30% расчетного расхода, длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. По пункту 5.81 класс основных сооружений водозабора соответствует его категории - первой. 

 

3. Обоснование выбора типа водозабора

 

Согласно плану (по заданию) построен профиль. Так как берег высокий, крутой,  расход значительный (36 000 м³/сут), амплитуда колебаний уровней воды составляет 6,3 м,  принят береговой водозабор совмещенного типа.

По табл. 13 [1] принят береговой водоприемник, устроенный в одном створе

 

 

 

4.Гидравлические  и технологические расчеты

 

Расчетный расход определен  по формуле:

Q_р = Q · α      (4.1)

где Q = полезный расход 36000 м³/сут, (по заданию);

α – коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды, принят равным 1,05.

Q_р = 36000 · 1,05 = 37800 м³/сут = 1575 м³/час = 0,4375 м³/с = 437,5 л/с

Расчетный расход одной секции:

Q_р1 = 18900 м³/сут = 787,5 м³/час = 0,219 м³/с = 218,8 л/с

 

Расчет решеток:

 

Площадь водоприемной решетки  определена по формуле:

 

                        

      (4.2)

 

где V_Р – скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету, принята равной скорости течения реки  у места водозабора, v _вт = 0,12 м/с;

1,25 – коэффициент,  учитывающий засорение отверстий;

Q_р – расчетный расход одной секции, м³/с. Q_р=0,219 м³/с;

k – коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решетки, рассчитан по формуле:

                  k = (а +с)/с    (4.3)

где а – толщина стержней решетки, см;

с – расстояние между стержнями в свету, см.

Решетка представляет собой  металлическую раму, сваренную из угловой стали, с металлическими стержнями из полосовой стали шириной 50 мм, при толщине 10 мм, расположенными вертикально. Расстояние между стержнями 50 мм = 5 см.

 

k = (1 + 5) / 5 =  1,2

1,25 · 0,219·1,2 / 0,13= 2,52 м²

 По  табл.1.1 [5] определяется решетка с площадью живого сечения 2,58 м², проходным отверстием окна 1500х2000, массой 305 кг. Скорость принята 0,13 м/с, т.к. при скорости втекания 0,12 м/с получается решетка высотой 2,5 м, что не вписывается в наш профиль берега. 

 

Расчет сеток:

 

Площадь сеток определена по формуле 4.2. Скорость течения воды в сетке принята 0,3 м/с, так как применяется плоская съемная сетка, для сеток данного типа скорость должна составлять 0,2-0,4 м/с. k для сетки рассчитан по формуле:     

 

                                               k = ((а + с)/с)²    (4.4)

 

где а= 1,2 мм (диаметр стержня)

с = 2 мм (ячейки размером 2·2 мм)

k = ((1,2+2)/2)²=2,56;

= 1,25·0, 219·2,56/0,3= 2,34 м²

 

Ширина сетки принята 1,0 м, тогда высота Н = 2,34/1,0= 2,34 м, т. е. 2,5 м.  (табл.1.3 [5]). Масса сетки 119,5 кг.

 

Определение диаметров  трубопроводов:

 

Определение диаметра всасывающего трубопровода произведено по формуле:

D =                (4.5)

где Q_р – расчетный расход одной секции, 0,219 м³/с;

V – cкорость движения воды в трубопроводе. По  табл. 33 [1] V = 0,8 – 1,5 м/с, принято V = 1 м/с.

D =

= 0,528 м

 Уточним скорость при D=500мм и D=600мм:

 

                          Для D=500мм                                           Для D=600мм   

      

V=

= =1,12м/c              V= = =0,7м/c

 

Согласно таблице 14 [1] соответствует  D=500мм.

По таблицам для гидравлического расчета [3] для d=500мм принимается i=0,00284.

Потери напора во всасывающем трубопроводе складываются из линейных и местных:

 

h = h_l +

h_м                (4.6)

 

где h_l – линейные потери, определяемые по формуле:

 

h_l = i · l=0,00284·10=0,03            (4.7)

 

где l=10м - длина трубопровода, м

h_м – местные потери напора, определяемые по формуле:

 

h_м =                 (4.8)

где - коэффициент местного сопротивления, по [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= _вх + _{воронки} + _{отвода на 90}⁰ +4 _задв + 2 _{тройника} + _{тройника} + _{перехода} + _выхода =

=0,5 + 0,2 + 0,2 + 4·0,15 + 2·0,7 + 0,55 + 0,2 +1 = 4,65

h_м = 4,65·0,8² /2·9,81=0,152 м

Суммарные потери:

h = h_l + h_м =0,03+0,152=0,18 м.

5.Затворы и перепуски

Для возможного проведения работ в секциях и регулирования высотного отбора воды из реки окна водоприемника перекрываются затворами: прямоугольными - щитовыми, круглыми - дисковыми. Размеры затворов принимаются большими, чем размеры водоприемного окна. В данном проекте размеры окна водоприемника принято размерами1750 2500мм. Следует принять деревянный щит размером 2000 2700мм, изготовленный по заказу. Масса его ориентировочно определена по [2].

Если  масса щита размером 2500х1250 мм (по табл.1.10 [2]) равна 506 кг, то масса щита 2000х2700мм:  М = (5.4·506)/(3,125)=874 кг.

При выходе из работы одной из секций водоприемных окон для поддержания нормальных условий работы всасывающих труб предусматривается переток воды из одного всасывающего отделения в другое. Для этих целей на разделительной стенке секций устанавливается перепуск в виде дискового затвора. Регулирование открытия и закрытия перепуска колонкой управления осуществляется из наземного павильона. Затвор устанавливается ниже самого низкого уровня воды всасывающего отделения на глубину не менее одного диаметра или его высоты. Размеры затвора принимаются равными диаметру всасывающей трубы, 500 мм.

 

6. Расчет грузоподъемных устройств

 

Грузоподъемное оборудование рассчитано, исходя из максимального веса оборудования в собранном виде. Масса решетки 305 кг, сетки 119,5 кг, щита 874 кг. Необходимое усилие для подъема щита определено по зависимости:

 

G = (G_p + f · P_в · F)·K     (6.1)

 

где G_р – вес решетки, сетки или щита с тросом, кН. G_p = 874·9.81=8573,9 Н=8,57 кН

f = 0,15 – коэффициент качения металла по смоченному водой металлу,

К = 1,5 – коэффициент запаса,

F – площадь щита, м². F = 2,0·2,7=5,4 м².

Р_в = ·H_c

H_c – глубина погружения центра тяжести щита, 1,83 м.

=10 – удельный вес воды, кН/м³

 

G = (8,57+5.4·10·1,83·0,15)·1,5=35,1 кН=3,51 тс

 

Принят кран ручной подвесной однобалочный грузоподъемностью 5т пролетом 5,1м, по [6, табл.8.10] ГОСТ 7413-69. длина крюка в стянутом виде Нкр=1,095м, номер двутавра №30.

Высота наземной части сооружения:

Н

  h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅, м

где h₁ =0,3– высота монорельса тали, м

h₂ =1,095-минимальная высота тали от крюка до низа монорельса, м

h₃ = 0,5-1,0 м- высота строповки груза,

h₄ =2,63 – высота груза наибольшего размера (сетки), м

h₅ 0,5 м – высота от низа груза до пола или до установленного оборудования.

Н=0,3+1,095+0,5+2,63+0,5=5,025 м

Высота павильона принимается  не менее 3м и кратной 600мм. Исходя из этих условий, высота наземного павильона составит 5,4 м.

 

7. Подбор насосов

 

Подача одного насоса определяется по формуле:

                                                                                                                  

где n = 3 - число рабочих насосов;

К = 0,84 - коэффициент параллельности;

Напор насоса принимается 30м.

Марка насосов:

1Д1250-63 с электродвигателем типа 4АМН355М4*,  n=980 об/мин, габариты монтажного пятна: 2430х890 мм. (3 рабочих и 1 резервный).

(допустимый кавитационный запас) =4,5 м,

(высота насоса от оси до его фундамента) = 645 мм.

 

 

7. Расчет уровней воды и отметки расположения оси насосов

 

Отметка уровня воды в приемном отделении:

Zпр = Zмин – hр      (8.1)

Zмин – минимальный уровень воды в реке, равен 29,6 м

hр – потери напора в решетке, приняты с учетом засорения равными 0,05м

Zпр = 29,6 – 0,05 =29,55м

Отметка уровня воды во всасывающем  отделении:

Zвс = Zпр – hс     (8.2)

hс – потери напора в сетке, приняты 0,15м

Zвс = 29,55 – 0,15 = 29,4 м

Отметка оси насосов насосной станции первого подъема:

Z_о.н. =     (8.3)

Где  Pа – атмосферное давление, принято равным 100кПа;

- 10 кН/м² – удельный вес воды;

Р_нп – давление насыщенных паров воды, функция температуры воды, принято равным 3 кПа;

h_доп – допустимый кавитационный запас, м

=0,18 м - потери напора во всасывающей линии, м.

Z_о.н=29,4+(100/10-3/10-4,5-0,18) =34,42 м

Отметка пола машинного зала насосной станции:

                                  Z_пн = Z_он – Н_он – Н_ф    (8.4)

Н_он – высота насоса от оси до его фундамента, 0,645 м

Н_ф - высота  фундамента насоса, 0,2 м

Zпн=34,42-0,645-0,2=33,575 м

 

8. Конструирование водозаборных сооружений

Глубину заложения водоприемника принимают такой, чтобы он не был подмыт течением и волновыми явлениями. Верх основания водоприемника следует устраивать ниже уровня дна (в месте расположения) на 0,5-1,0 м.

Водоприемник выполняется из железобетона, в плане - прямоугольный с округленными углами.

Минимальная глубина реки у водоприемных окон должна исключить вмерзание решеток в ледяной покров, предохранить решетки от закупорки сором и шугой:

где Р=0,5-1,5 – высота порога, необходимая  для уменьшения захвата донных наносов, м;

Н_р= - высота решетки, м

t_л- толщина льда, м

0,2-0,3 – превышение нижней кромки  льда или самого низкого уровня  воды в реке над верхом водоприемного  окна.

 

9. Расчет гидроэлеватора

 

Удаление осадка осуществляется с  помощью гидроэлеватора. Производительность  гидроэлеватора:

Q₂ = Wос / (3,6·t)     (9.1)

Где Wос – объем осадка одной секции приемной камеры при высоте слоя осадка 0,7 м;

 Wос = W₁ + W₂ +W₃     (9.2)

Где W₁ – объем приямка, 5·5·5=125 дм³

W₂ – объем пирамидальной части, образованной уклоном к приямку,

W₂ = (0,3/3)·(F₁ + F₂ + )    (9.3)

F₁ – площадь приямка, 5·5 = 25 дм²

F₂ – площадь секции водозабора, 28·28=784 дм²

W₂ = (0,3/3)·(24 + 784 +

)=2055 дм³

W₃ = 28·28·7= 5488 дм³ – объем части секции при высоте слоя осадка 0,7 м

Wос = 125 + 2055 + 5488 = 7668 дм³

t – продолжительность удаления осадка, 30 мин = 1800с.

Q₂ = 7668/1800=4,26 дм³/с

Расход воды от насосной станции первого подъема, подводимой к гидроэлеватору:

 =       (9.4)

где  Но – высота подъема осадка со дна до выброса, 10,95 м или 109,5 дм;

-  потери  напора при перемещении  осадка к выбросу, 2 дм;

Нр – рабочий напор гидроэлеватора, 500 дм;

- коэффициент полезного действия  гидроэлеватора, 0,15.

Q₁ =

=8,38 дм³/с