Водозаборные сооружения из поверхностных источников

 

 

Коэффициент сопротивления  загрязненной решетки ζ_з.р, равен

 

                                              (7)

 

где	Кз	–	коэффициент предельного  загрязнения решетки, Кз = 1,5;
	Кр	–	расчетный коэффициент  загрязнения решетки, Кр = 1,25.

 

 

Коэффициент гидравлического  сопротивления по расходу воды чистой решетки γ_р, с²/м⁵, равен

 (8)

 

Коэффициент гидравлического сопротивления  по расходу воды загрязненной решетки γ_з.р, с²/м⁵, равен

 (9)

 

Потери напора, h_р, h_з.р, м, при нормальной работе водозабора для чистой и загрязненной решетки соответственно составляют

 

 (10)   (11)

 

При аварийном режиме для чистой решетки потери напора h_р.ав, м, составляют

 (12)

 

 

4.1 Определение уровней воды в водоприемном отделении

 

С учетом потерь напора в  решетке отметки уровня воды в  водоприемном отделении можно определить по формулам

– минимальные:

1) при работе чистой  решетки 

 

 (13)

 

2) при работе загрязненной  решетки

 

 (14)

 

3) при аварии

 

 (15)

 

– максимальные:

1) при работе чистой решетки 

 

                 (16)

 

2) при работе загрязненной  решетки

 

                (17)

 

 

3) при аварии

 

 (18)

 

 

5 Определение размеров сеточных отверстий

 

 

Отверстия между водоприемным и всасывающим отделениями имеют съемные плоские или стационарные вращающиеся сетки. Плоские съемные сетки устанавливаются на водозаборах производительностью до 1 м³/с, забирающих воду из источников с небольшим ее загрязнением взвешенными веществами и планктоном, а стационарные вращающиеся – на водозаборах средней и большой производительности (более 1 м³/с). При значительном загрязнении воды взвесями и планктоном вращающиеся сетки устанавливаются и на водозаборах меньшей производительности.

Принимаем стационарные вращающиеся сетки с лобово-внешним подводом воды, так как тяжелые условия забора воды из водоисточника. Они обладают достоинствами сеток с лобовым, внешним и внутренним подводами и в значительной степени лишены присущих им недостатков. Применение их в достаточной мере гарантирует очистку воды от загрязнений.

Коэффициент стеснения  сеточных отверстий проволокой сетки  определяется по формуле

,                                                 (19)

 

где	d	–	диаметр проволоки сетки, мм, 0,1 – 1,5 мм, принимаем d = 1 мм;
	а	–	размер ячеек сетки  в свету, мм, подбирается в соответствии с диаметром извлекаемых частиц, а = 2,0 мм.

 

 

Коэффициент увеличения сопротивления сетки за счет вертикального  перемещения ее в потоке определяется по формуле

 

, (20)

 

где		–	скорость  вертикального  перемещения   полотна  сетки,  м/с,  0,05 – 0,5 м/с. Принимаем м/с;
		–	скорость воды в ячейках  вращающейся сетки, м/с, равна 1,0 м/с.

 

 

Требуемая площадь сеточных отверстий рассчитывается  по формуле (4).

 

 

 

По полученному значению площади сеточного окна принимаем одо отверстие с типовыми размерами окна 800 × 800 (таблица 6, [1]), площадью Ω_с.ст = 0,64 м² (таблица 6, [1]).

Принимаем ширину полотна 1 м. Диаметр  верхнего барабана принимается в  два раза меньше диаметра нижнего  барабана. Чаще всего принимаются  сетки с  м и м.

Коэффициент фильтрации сетки К_с = 0,2131 м/с.

Удельное гидравлическое сопротивление  γ_о.с = 0,044 с²/м (таблица 2, [1]).

 

 

6 Определение потерь  напора во всасывающем отделении

 

Потери напора во вращающихся сетках:

– незагрязненной

 

 (21)

 

– загрязненной

 

 (22)

 

– при аварии

 

 (23)

 

 

6.1 Определение уровней воды во всасывающем отделении

 

С учетом потерь напора во вращающейся сетке отметки уровня воды во всасывающем отделении можно определить по формулам

– минимальные:

1) при работе чистой  сетки 

 

 (24)

 

2) при работе загрязненной  сетки

 (25)

 

3) при аварии

 

 (26)

 

– максимальные:

1) при работе чистой  сетки

 

 (27)

 

 

 

 

 

2) при работе загрязненной  сетки

 

 (28)

 

3) при аварии

 

 (29)

 

Минимальная рабочая  высота фильтруемого через сетку  слоя H_{c min}, м, определяется по формуле

, (30)

где – ширина сетки, м, равна 1 м.

 

 

Отметка верхней кромки рабочей части полотна сетки  , м, определяется по формуле

 

 (31)

 

Отметка нижней кромки рабочей части полотна сетки , м, определяется по формуле

 (32)

Отметка дна всасывающего отделения водозабора , м, определяется по формуле:

 

  (33)

                          

К проектированию принимаем 

Отметка оси верхнего барабана , м, определяется по формуле

 

 (34)

 

где		–	максимальный уровень  воды в источнике, м;
		–	превышение перекрытия водозабора над расчетным уровнем  воды в источнике, м, для 1-ой категории – 1,0;
	δ	–	толщина перекрытия водозабора, м, 0,2 – 0,3 м, принимаем равной 0,2м;
		–	высота расположения оси верхнего барабана сетки над полом сеточного помещения, м, 0,8 – 1,2 м, принимаем равной 0,8 м.

 

 

 

Отметка оси нижнего  барабана , м, определяется по формуле

 

 (35)

 

Длина ленты сеточного  полотна  , м, равна

 

.

 

 

Число звеньев ленты  , шт, равно

 

 

,  (36) 

 

где – высота звена сетки, м, 0,25 – 0,6 м, принимаем равной 0,4 м.

 

 

Уточняем длину ленты  сеточного полотна  , м.

 

 

Отметка оси верхнего барабана , м, составит

,

 

 

Уточняем высоту расположения оси верхнего барабана сетки А, м, над полом сеточного помещения.

 

А =

 

Принимаем толщину перекрытия водозабора δ = 0,2 м и высоту расположения оси верхнего барабана сетки А = 0,93 м.

 

7 Гидравлический расчет устройства для защиты сеток от    прорыва

 

 

Для защиты сеток от прорыва  используется устройство клапанного типа. При этом в каждой секции  водозабора предусмотрена установка по одному такому устройству. Схема клапана приведена на рисунке 3.

1 – патрубок; 2 – регулирующий клапан; 3 – перемещаемый груз.

Рисунок 3 – Схема автоматически действующего клапана для защиты сеток от прорыва

 

Пропускная способность такого устройства , м³/с, составляет

 

 (37)

 

Коэффициент расхода  устройства равен

 

, (38)

 

где		–	коэффициент удельного гидравлического  сопротивления патрубка защитного устройства, с2/м;
		–	длина патрубка по его  оси, м;
		–	площадь патрубка, м2;
		–	сумма коэффициентов  местных сопротивлений устройства.

Коэффициенты местных  сопротивлений устройства включают сопротивление на входе потока в патрубок, повороте потока на 45° и выходе потока под клапан устройства.

Сопротивление на входе  потока в патрубок ζ_вх = 0,5.

Коэффициент местного сопротивления  при повороте на 45° ζ_45° = 0,35.

       Сопротивление  на выходе потока под клапан  устройства ζ_вых = 10.

Величина 2gγ₀lω² по сравнению с ∑ζ_м незначительна, поэтому ей можно пренебречь.

 

 

Требуемый диаметр устройства определяется , м, по формуле

 

, (39)

 

где h_пр – предельные потери напора при прохождении данного устройства, м, 0,2 – 0,3 м, принимаем h_пр = 0,25 м.

 

 

Полученное значение округляется до ближайшего большего стандартного диаметра. Принимаем требуемый диаметр устройства мм.

 

8 Проектирование берегового колодца

 

Расстояние от верха водоприемных окон до нижней кромки льда не менее 0,2 м .

Расстояние от верха водоприемных окон  до минимального уровня воды  не менее 0,3 м .

Расстояние от низа водоприемных окон до дна реки не менее 0,5 м.

Толщина стенок колодца:

- внутренних  0,2…0,3 м, принимаем 0,3м;

- наружных  0,4…1,0 м, принимаем 1,0м.

Диаметр входного отверстия  всасывающего трубопровода, в зависимости  от диаметра, принимаем по таблице 9 [1]

 

Д_вх=(1,3...1,5)·d=1,4·500=700 мм. (40)

 

Принимаем воронку без  сетки.

Расстояние от воронки до дна колодца

 

  h=0,8·Д_вх ;                                                      (41)

      Принимаем h=590 мм.

Минимальное расстояние от воронки до стены вычисляется по формуле   

 

а= (0,75…1,0) Д_вх;                                                 (42)

Принимаем а=1260 мм.

Высота воронки 

   

                        

                      (43)

 

Принимаем высоту воронки 550 мм.

Высота слоя воды над воронкой

 

  b=2Д_вх ;                                                      (44)

     

Расстояние между воронками

 

с= (1,5…2,0) Д_вх;                                                 (45)

Принимаем с=1200 мм.

Радиус поворота трубы

 

 

 

 

R 3,5 d_вc;                                                 (46)

Принимаем  R=1750 мм. 
9 Определение параметров и рабочих характеристик основного и вспомогательного оборудования водозаборов