2 Расчет и проектировка водозаборного сооружения

1. Выбор типа водозаборного сооружения

Водозабором называется комплекс инженерных гидротехнических сооружений, предназначенных для забора воды из природных вода источников, защиты водоприемника от попадания в него с водой, мусора, наносов, льда, водорослей, рыб, биологического обрастания и предварительной очистки воды от содержащейся в ней взвеси.

Водоприемником называется часть водозаборного сооружения, служащая для непосредственного приема воды изводаисточника.

К водозаборным сооружениям предъявляются следующие основные требования: прием воды наилучшего качества и в заданном количестве; предварительная очистка ее от мусора, плавающих предметов, флоры и фауны путем процеживания через решетки, сетки и другие устройства; надежность и бесперебойность работы; экономичность, выражающаяся минимумом затрат на строительство и эксплуатацию как самих сооружений, так и непосредственно связанных с ними насосной станции и устройства водоочистки; простота и удобство в эксплуатации.

Водозабор берегового типа устраивают при наличии следующих условий в месте забора воды: крутой берег, значительная глубина водоема, устойчивый грунт основания берега, благоприятные ледовые условия.

2. Гидравлические расчеты водозабора

1. Расчет производительности одной камеры водоприемного колодца

Расчетный расход воды, м³/спри нормальном режиме работы водозабора для одной секции равен:

Q₁= Q_в/ n_с , (2.1)

где n_с-число секций водозабора;

Q_в=Q_об -расчетный расход воды водозабора, м³/с.

Расчетный расход воды, м³/с, в одной секции водозабора для форсированного (аварийного) режима эксплуатации:

Q_ф = К ∙ Q_в/(n_с-1), (2.2)

гдеК – коэффициент допустимого временного снижения количества воды, подаваемой потребителям, обычно принимается в пределах 0,7÷1,0.

Q₁ = 0,482/3=0,160м³/с.

Q_ф= 0,7∙0,482/(3-1)=0,168м³/с.

3. Расчет сорозадерживающего оборудования

1. Расчетные параметры сорозадерживающих решеток

Площадь входных отверстий водоприемников определяем, исходя из скорости входа воды с учетом стеснения сороудерживающими решетками:

Ω=k₁·k₂·( Q_с/ V_вт), (2.3)

Ω=1,25*1,1(0,160/0,20)=1,1 .

где V_вт–скорость входа воды в водоприемные отверстия, для рыбохозяйственного пользования V_вт=0,20 м/с;

Q_с–расход воды в одну секцию м³/с;

k₁–коэффициент, учитывающий уменьшение живого сечения приемного отверстия за счет загрязнений, равен 1,25;

k₂–коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток или сеток.

k₂= (а + Д) / а, (2.4)

k₂=(5+0,5)/5=1,1м.

(2.5)

Принимаем размер решетки равный типовому: 800х1000 мм.

Исходя из полученных расчетов принимаем типовую решетку площадью 0,48м²/ с размерами ширина рамы по наружному обмеру 700 мм, высота рамы по наружному обмеру 900 мм, общая высота решетки 1050 мм, высота уголка рамы решетки 50 мм, толщина и ширина стержня из плоской стали 6x40 мм соответственно, масса решетки 33 кг. Размер водоприемных отверстия ширина 600 мм, высота 800 мм.

2. Расчетные параметры сорозадерживающих сеток

Основное назначение сеток- предварительная механическая очистка воды источника от взвесей и планктонных образований, прошедших через решетки сооружения.

Сетки устанавливаются в береговых колодцах водозаборов.

Ω=k₁·k₂·( Q_с/ V_вт), (2.6)

где К₁-коэффициент учитывающий стеснение воды просветом решетки, он принимается К₁=1,25;

К₂-расчетный коэффициент, учитывающий стеснение самих отверстий стержнями собственной конструкции.

k₂= (а + Д) / а = (2 + 1,5) / 2 = 1,75 м. (2.7)

где b –просвет ячейки, а=2–3 мм;

d – диаметр стержня, Д=1–1,5 мм;

V – скорость втекания воды в водоприемные отверстия, м/с.

Ω=1,25·1,75·(0,160/0,25)=1,4 м²

Принимаю типовую сетку с размерами: ширина - 930 мм, высота - 1130 мм, масса – 53,5 кг, размеры отверстия: ширина - 800мм, высота - 1000 мм.

Плоская (подъемная) сетка представляет собой проволочное полотно, натянутое на стальную раму. Размеры подъемных сеток колеблются в широких пределах (как ширина, так и высота примерно от 0,8 до 2 м).

Подъемные сетки располагают у проемов в нижней части поперечной

перегородки в направляющих (пазах) из швеллеров и периодически поднимают для очистки в служебный павильон, который располагается над водоприемным колодцем. Обычно поднятую сетку заменяют запасной. Для удобства замены сеток устраивают двойные пазы.

4. Расчет самотечных водоводов и трубопроводов НС I

Диаметр самотечных и сифонных водоводов, а также всасывающих труб определяют по расчетному расходу при нормальном режиме работы водозабора и скорости движения воды в трубах:

D = = 1,13∙, (2.8)

где Q₁ – расчетный расход одной секции;

V_т – допустимая расчетная скорость в трубопроводе, для самотечных и сифонных водоводов V_т = 1,1 м/с для II категории надежности; для трубопроводов насосных станций V_т^вс= 1,44 м/с и V_т^нап = 2,0 м/с.

Диаметр самотечных водоводов:

D = = 1,13∙.

D = 0,4м → D = 400 мм.

Количество всасывающих линий на насосных станциях первой и второй категории, независимо от количества групп насосов, включая, пожарные, должно быть не менее двух. При установке крупных насосных агрегатов число всасывающих труб принимается равным числу насосов.

Диаметр всасывающих трубопроводов насосной станции

D = = 1,13∙.

D = 0,37 м → D = 400 мм.

Диаметр напорного трубопровода определяется по 100% расчетному расходу при нормальном режиме работы водозабора и скорости движения воды в трубах.

Диаметр напорных трубопроводов насосной станции

D = = 1,13∙.

D = 0,31→ D = 350 мм.

5. Расчетные параметры русловых колодцев

1. Определение отметок уровней воды и отдельных конструкций в водоприемной камере

Расчетные отметки уровней воды в водоприемной и всасывающей камерах береговых колодцев или вода разборов, в которых вода поступает непосредственно через водоприемные отверстия (окна) этих сооружений, определяются для двух режимов работы водоразборных сооружений, с учетом всех потерь напоров на соответствующих элементах.

Отметки уровней воды в водоприемной камере определяются для двух уровней воды в источнике, минимальном и максимальном, по формулам

-при низких уровнях

, (2.10)

где - минемальный расчетныйуровнь воды в источнике;

- потери напора.

-при высоком уровнях:

, (2.11)

где - минемальный расчетныйуровнь воды в источнике;

- потери напора.

В моем проекте береговой водозабор ,то потери напора состовляютм для решотки, во втором случаедля сетки 2 сетки

для решетки

для сетки

.

Потери напора на со удерживающих решетках определяются при нормальном режиме работы водозаборного сооружения и минимальном уровне воды в источнике для случая, что решётки чистые и для случая, что они грязные и при аварийном режиме работы и максимальном уровне воды в источнике водоснабжениядлячистых решеток.

Потери напора в грубых сороудерживающих решетках определяется по формулам

-для нормального режима работы и чистой решетки

, (2.12)

где - коэффицент сопротивления чистой решотки;

- расход воды проходящий через одну секцию при нормальном режиме работы водозаборного сооружения.

- коэффициент сопротивления чистой решетки определяется

-для решетки из листовой стали сечением D

, (2.13)

.

-для нормального режима и загрязнённой решетки:

(2.14)

где - коэффицент сопротивления чистой грязной;

- расход воды проходящий через одну секцию при нормальном режими работы водозаборного сооружения;

.

коэфицент сопротивления для грязнойрешотки определяется;

(2.15)

где - коэфицент сопротивления чистой решотки определяется;

- коэфицент учитывающий максимальное загрязнение.

м.

Тогда расчетные отметки уровня воды в водоприёмной камере при нормальном режиме работы водозаборного сооружения составят

Отметки

Для чистой

, (2.16)

=253,924 м.

Для грязной

, (2.17)

.

Во всасывающих отделении отметки уровня воды будут меньше чем приемном на величину потерь напора в фильтровальной сетке находящийся в перепускном отверстии. Для упрощенного варианта определения отметки уровня воды во всасывающей камере потери напора в сетки для нормального режима принимают равными 0,1 м, для аварийного 0,155 – 0,2

-для нормального режима работы и чистой сетки:

, (2.18)

.

-для нормального режима и загрязнённой сетки:

, (2.19)

м.

Отметки

Для чистой

, (2.20)

М.

Для грязной

, (2.21)

Отметка дна приямка назначается на 0,2-0,3 м ниже дна вод приямка камеры с учетом наклонности пола (0,001-0,005)

(2.22)

где - Отметка дна водоприемной камеры;

- расстояние от стенки водоприемного отделения колодца водозабора до приямка.

.

Отметка дна водоприемной камеры берегового колодца или водозабора, имеющие входные отверстия, конструктивно принимаются ниже отметкина 0,5 – 1,0 м с целью предотвращения разрыва грунта у основания сооружения и увеличения его устойчивости и определяе5тся по формуле:

, (2.23)

.

Отметка порога входного окна принимается на 0,5 м выше отметки дна реки и находится по формулам для зимних и летних условий и назначается для худшего варианта:

Для зимних условий

, (2.24)

.

Для летних условий

(2.25)

.

Отметка дна всасывающей камеры принимается несколько выше отметки дна водоприемной камеры и находится на глубине ниже отметки порога перепускного отверстия, расположенного в стенки разделяющей водоприемную и всасывающую камеры на 0,5- 0,7 м и определяют по формуле

, (2.26)

где - отметка порога перепускного окна и находится.

, (2.27)

Длина всасывающей камеры принимается в приделах 1,5 – 4,0 м, в зависимости от диаметра всасывающего трубопровода или его раструба диаметром используемого для уменьшения скорости потока на входе в трубу, с целью предотвращения захвата насосом и определяемого по формуле

, (2.28)

.

м . (2.29)

Ширина камеры принимается не мания

, (2.30)

Отметка дна пола надземной части водоприемного колодца определяется

, (2.31)

где – расстояние от максимального уровня воды в водоприемной камере, до нижней кромки железобетонного приямка;

- толщина железобетонного перекрытия, отделяющего подземную часть сооружения от наземной.

6. Выбор типа очистки водоводов

Для данного типа водозаборного сооружения я принимаю обратную промывку импульсным способом. Данная промывка самотечных линий производится путем подачи в них сжатого воздуха из напорной колонны. Для этого в водоприемном колодце на выходе из самотечной линии устанавливают герметически закрывающийся затвор 1.

Перед ним подключают к линии напорную колону 3 высотой 6÷8 м и диаметром в 1,5÷3 раза большим диаметра самой промываемой линии. Также на патрубке подключения колонны к самотечной линии устанавливается специальный

быстрооткрывающийся вентиль2. Вверху в колонне с помощью патрубка 4 подключают вакуум-насос для создания в ней разряжения.

Схема промывки водоводов импульсным способом представлена на рисунке 2.1.

Если в напорную колонну закачать сжатый воздух, а затем быстро открыть вентиль 2, то при закрытом затворе 1 вода и воздух по самотечной линии устремятся к оголовку. При этом скорость водовоздушной смеси настолько велика, что отложившиеся в трубопроводе взвеси хорошо взмучиваются. Высокий эффект промывки самотечных линий достигается тем, что сжатый воздух в них играет роль промывного мяча или шара. Он отжимает воду вниз, площадь живого сечения водного потока уменьшается, а скорость увеличивается. Причем движение это носит импульсный характер и способствует увеличению само очищающей способности линий. В результате такой промывки одновременно очищаются решетки, кассеты и фильтрующие обсыпки водоприемных оголовков сооружения.

1-затвор; 2-специальный быстрооткрывающийся вентиль; 3-напорная колонна;

4-патрубок

Рисунок 2.1 – Схема промывки водоводов импульсным способом

Для промывки самотечных линий импульсным способом при помощи подачи в них сжатого воздуха из напорной колонны подбираем вакуум-насос марки ВВН1-0.75 - вакуумный электронасосы агрегат с водокольцевым насосом для откачки неагрессивных по отношению к чугуну газов и паров с

целью создания вакуума в закрытых аппаратах.

Насос не требует очистки поступающих в них газов, а также допускается попадание в насос жидкостей вместе с отсасываемым газом. Изображение данного вакуум-насоса представлено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Вакуум-насос марки ВВН1-0.75

Описание вакуум-насоса марки ВВН1-0.75:

― Материал проточной части - чугун.

― Уплотнение вала - сальниковое.

― Быстродействие указано при давлении всасывания 0,04 МПа

― Масса - 82 кг

― Габариты - 815х332х315 мм

― Подача - 750 литр/мин.

― Мощность - 2,2 кВт

― Напор - 0,006 МПа

7. Обогрев

Устанавливаем электронагреватели на решетках и сетках, для защиты от замерзания, температура не менее +8˚С;

8. Тепловой контур

Предусматривается для здания, где присутствует рабочий персонал, температура нагрева воздуха +5˚С.