14. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

14.1. Расчет решеток и сеток

Решетки и сетки устанавливаются в водоприемных отверстиях. Требуемая площадь этих отверстий определяется по формуле (СНиП 2.04.02-84, п. 5.95):

,                                            (14.1)

где  - площадь водоприемных отверстий одной секции водозабора, с учетом установки решетки или сетки, м2

1,25 - коэффициент, учитывающий загрязнение решетки водорослями и мусором;

 - расчетный расход одной секции в нормальном режиме, м3/с, определяется путем деления общего расчетного расхода на количество рабочих секций. В аварийном режиме через одну секцию проходит 100% общего расчетного расхода для первой категории надежности водозабора, и 70% общего расчётного расхода для второй и третьей категорий надежности;

,                                                    (14.2)

где  - расход воды для суток максимального водопотребления, м3/сут;

 - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений, равный 1,0¸1,3;

 - число секций (из соображений надежности количество секций следует принимать не менее двух).

 - допускаемая скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету, которая принимается:

1) для отверстий с решетками принимается в зависимости от особенностей водоема, мутности и шугоностности потока, принимаемая в соответствии с [1, п. 5.94]:

а) при заборе воды из шугоностных рек: в береговых незатопленных водозаборах – 0,2¸0,6 м/с; при затопленных водоприемных оголовках – 0,1¸0,3 м/с;

б) при заборе воды из озер, водохранилищ, водоприемных ковшей и равнинных рек: в береговых водозаборах – 0,4¸1,0 м/с; при затопленных водоприемных оголовках – 0,2¸0,6 м;

2) для отверстий с сетками принимаются равными 0,2¸0,4 м/с - для плоских и 0,4¸0,5 м/с - для вращающихся;

 - коэффициент увеличения, учитывающий заполнение водоприемного отверстия стержнями решетки или сетки, определяемый по формулам:

1. Для решеток

,                                                         (14.3)

где  - диаметр или толщина стержней, принимается 6¸12 мм;

 - расстоянием между стержнями в свету, 50¸100 мм;

2. Для сеток

 - коэффициент, учитывающий стеснения отверстия сеткой, вычисляют по формуле

,                                                   (14.4)

где  - размер ячейки сетки в свету, см, для плоских сеток принимается от 2 до 5 мм, для вращающихся – от 5 до 3 мм;

 - диаметр проволоки сетки, см; принимается 1,0¸3 мм для плоских сеток и 3¸1,2 мм для вращающихся сеток.

При использовании вращающихся сеток необходимая площадь их затопленной (рабочей) части вычисляется по формуле (14.1) с дополнительным коэффициентом 1,3, который учитывает уменьшение площади сетки опорными рамками и шарнирами.

Глубина погружения вращающихся сеток под уровень воды определяется по формулам:

- при внешнем (и внутреннем) двухстороннем подводе воды

,                                                     (14.5)

где В – ширина полотна сетки, м;  - радиус закругления сетки, м;

 - площадь полотна вращающейся сетки, м2.

- с лобовым подводом воды

,                                                                    (14.6)

Проверка скорости втекания в водоприемные отверстия производится по формуле

, м/с,                                      (14.7)

которая получена преобразованием формулы (14.1).

14.2. Расчет фильтрующих рыбозащитных кассет

Существует множество конструкций различных рыбозащитных устройств. Однако наиболее надежными являются фильтрующие кассеты, заполненные керамзитом или щебнем. Эти кассеты просты в изготовлении и вставляются на место решеток в водоприемные окна, что не требует дополнительных строительных работ.

Гидравлическое сопротивление такой кассеты определяется по графикам, приведенным в  типовых проектах, либо вычисляется по формуле

, м,                                                     (14.8)

де  - коэффициент, учитывающий загрязнение кассеты;

S   - толщина кассеты, м;

 - коэффициент фильтрования, ориентировочно можно принять равным 0,2 м/с;

 - определяется по формуле (14.7), м/с, при подстановке  в нее , где - пористость фильтра (принимается для гравийно-щебеночного заполнения 0,3-0,5; пороэластовых фильтров - 0,25-0,35).

14.3. Расчет самотечных и сифонных линий.

Диаметр подающих труб назначают, исходя из скоростей движения воды при нормальном режиме работы водозабора (табл. 14.1.).

Таблица 14.1- Рекомендуемые скорости движения в подающих трубах

Диаметр труб, мм

Скорость, м/с при категории водозабора

I

II  и   III

300 -500

0,7-1,0

1,0 -1,5

500 -800

1,0 -1,4

1,5 -1,9

Более 800

1,5

2,0

При выборе диаметров труб необходимо учитывать, что скорость движения должна обеспечивать транспортирование находящейся в воде взвеси, не допуская ее выпадения. В тоже время слишком большая скорость приводит к увеличению потерь напора и к заглублению берегового колодца, что повышает его стоимость. Сечение водоводов должно проверяться на незаиливание по формуле А.С. Образовского:

, м/с,             (14.9)

где V и Vнз – средняя и незаиливающая скорости в трубе ,м/с;

w – средневзвешенная гидравлическая крупность наносов, м/с;

 - скорость выпадения частиц, м/с;

 – мутность речной воды, кг/м3.

Размеры элементов водозабора определяют применительно к нормальным условиям работы, а расчет потерь напора производят на особые условия – например, авария на одной из подающих линий.

Потери напора в самотечных и сифонных водоводах определяется по формуле

, м,                                 (14.10)

где 1000i - удельные потери напора по длине трубопроводов, м/км, по таблицам Ф. А. Шевелёва;

l - длина трубопровода, м;

 - сумма потерь напора на преодоление местных сопротивлений, где - скорость течения воды через i -тое сопротивление (за ним), м/с;

 - коэффициент сопротивления, принимается по табл. 14.2.

Таблица 14.2 - Ориентировочные значения коэффициентов местных сопротивлений

.

НАИМЕНОВАНИЕ МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

x

Выход трубы в колодец

1,0

Вихревая камера

4,2

Переход суживающийся

0,1

Переход расширяющийся

0,25

Тройник в прямом направлении

0,1

Тройник в направлении ответвления

2,0

Колено 900

0,5-0,76

Колено 450

0,25-0,3

Задвижка (в зависимости от степени открытия)

0,15-,02

Для сварных колен коэффициент x следует увеличить на 50%.

Потери напора  в элементах водозаборных сооружений принимают:

- в решетке -  м;

- в сетках : плоских  – 0,1¸0,15 м, во вращающихся – 0,1¸0,3 м.

- в рыбозащитной кассете -  - см. п.14.2.

Для сифонных водоводов в аварийном режиме работы водозабора потери напора необходимо знать по всей длине и отдельно в восходящей линии (до точки подключения вакуум-насоса). Допустимая высота сифона (от нижнего уровня воды в реке до высшей точки сифона) определяется по формуле

, м,                                          (14.11)

где  м - максимально-допустимая величина вакуума в сифоне;

 - потери напора от оголовка до точки подключения вакуум-насоса, определенные по формуле (14.10) для аварийного режима работы.

14.4. Определение уровней воды в водоприемном колодце

и проверка заглубления всасывающих труб насосов

Наименьшие уровни воды в отделениях водоприемного колодца наблюдаются при минимальном (нижнем) уровне воды в источнике в аварийном режиме работы водозабора.

Минимальный уровень воды в приемном отделении водозабора определяется по формуле

, м,                                              (14.12)

где  - отметка минимального (нижнего) горизонта воды в источнике водоснабжения, м;

 - потери напора, м, принимаются:

- для берегового водозабора с решеткой h=hр=0,05, м;

- для берегового водозабора с рыбозащитной кассетой h=hк,

где  hк определяются по графикам в типовом проекте или по формуле (14.8);

- для руслового водозабора с решеткой - , м,

где hв - потери в водоводе и оголовке по формуле (14.10);

- для руслового водозабора с рыбозащитной кассетой - , м.

Минимальный уровень воды во всасывающем (водозаборном) отделении  определяется по формуле

, м,                                                 (14.13)

В соответствии со СНиП (1, п. 5.107) при установке в водоприемном окне фильтрующих рыбозащитных кассет можно отказаться от установки сеток, тогда hс=0.

Размещение всасывающих трубопроводов насосов в водозаборном отделении.

Входные отверстия всасывающих трубопроводов насосов должны быть заглублены под минимальный уровень воды в приёмном отделении колодца в аварийном режиме работы (рис. 14.1). Если заглубление будет недостаточным, то возле входных отверстий образуются воронки, через которые во всасывающие трубы проникнет воздух, что вызовет срыв работы насосов.

Диаметр входных отверстий всасывающих труб должен быть равен . Расстояние от верхней кромки входных отверстий до минимального уровня воды в колодце  должно быть не менее h2=2 Dвc.п. Расстояние от нижней кромки входных отверстий до дна колодца должно быть не менее h1=0,8 Dвс.п., но в любом случае не меньше 500 мм.

При горизонтальном размещении всасывающих трубопроводов (рис. 14.2) для уменьшения уровня воды в колодце воронку можно изготовить в виде эллипса.

 

14.5. Расчет насосной станции первого подъема

Подача насосов здесь принимается равной производительности водозабора. Число рабочих насосов зависит от категории надежности водозабора и принимается по (СНиП 2.04.02-84, табл. 32).

Требуемый напор насосов определяется по формуле

, м,                                              (14.14)

где НГ.ВС - геометрическая высота подъема воды - разность отметки, на которую должна быть подана вода, и отметки минимального уровня воды в водозаборном отделении по формуле (14.13);

Нвод - потери напора в водоводах, определяются по формуле

, м,                                                (14.15)

где lв - длина водовода от водозабора до очистных сооружений, км;

hнс - потери напора в коммуникациях насосной станции, которые можно  принять в пределах 2 - 3 м.

Важным вопросом проектирования насосных станций 1-го подъема является определение глубины ее заложения. Расчет производится, исходя из условия – давление на всасывающем патрубке насоса (вакуум) должно быть не больше допустимого

, м,                        (14.16)

откуда

,                                                      (14.17)

где ZО.Н – отметка оси насоса, м;

ZВС – отметка во всасывающем отделении колодца (минимальная при аварийном расходе), м;

Σh – потери напора во всасывающей линии (с учетом потерь в патрубке насоса), м;


 – допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса, зависящая от его подачи (определяется по паспорту насоса), м.

Контрольные вопросы

1. Расчет решеток, сеток и фильтрующих кассет поверхностных водозаборов.

2. Расчет подающих линий.

3. Расчет глубины береговых колодцев и насосных станций.

4. Размещение и расчет всасывающих линий насосов.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я