Расчет площади водоприемных отверстий

 

Водоприемными отверстиями являются входные окна с решетками. Определение площади водоприемного отверстия (брутто) одной секции (м²) производится по формуле:

 

 

где  - коэффициент, учитывающий засорение отверстий, принимаем ;

 - коэффициент, учитывающий стеснение потока воды стержнями решеток, принимаем к₂=2;

 - расчетный расход одной секции, м³/с;

 - скорость втекания воды в водоприемные отверстия, для руслового водозабора принимаю 0,1 м/с.

Определим расчетный расход одной секции водозабора по формуле:

 

 

где  - количество секций, шт.

 

Q_секц=0,133/2=0,07 м³/с = 70л/с

 

Необходимый расход воды при форсированном режиме рассчитаем по формуле:

 

 

где  - коэффициент, учитывающий снижение подачи воды при отключении одной секции, принимаем

 

Q_ф=0,133*0,7/(2-1)=0,093 м³/с = 93 л/с

 

F=1,25*0,07*2/0,1=1,75 м²

 

Принимаем в каждой секции по два стандартных окна с размерами 1500*2000 мм.

Глубина реки в месте установки оголовка при принятых размерах его водоприемных окон:

для зимних условий:

 

 

Н_и=2,0+0,81+0,7=3,5 м

 

Для летних условий:

 

 

Н_и=2,0+0,35+0,8=3,15 м

 

 

где  – расчетная толщина льда в месте расположения водозабора, м;

 – коэффициент, характеризует плотность льда и глубину его погружения под воду;

 – высота расположения водоприемных окон над дном русла, м;

 – расстояние между верхней кромкой водоприемных окон и нижней кромкой ледяного покрова, м;

 – высота волны, м;

 – расстояние между верхней кромкой водоприемных окон и ложбиной волны в источнике, м.

При определении площади решетоккоэффициент k_ст - коэффициент, учитывающий стеснение потока воды стержнями решеток определяется по формуле:

k_ст=(а+d)/а

 

где а - расстояние между стержнями решеток в свету, принимается 5-10 см в труднодоступных отверстиях и 5 см во всех других случаях,

d - толщина стержней, принимается 0,6-1,0 см.

 

k_ст=(10+1)/10=1,1

 

Выбор размеров решеток соответственно вычисленной площади производится при конструировании водоприемника в зависимости от глубины реки в месте забора воды. Проходное отверстие окна 1500 * 2000;

F=2,58м²; H=2000мм; H1=2104мм; H2=2334мм;

H=2000мм; h1=60мм; L=1500мм; L1=1500мм; масса 305 кг.

 

3.3. Расчёт сеток

 

Выбор типа сеток производится в соответствии с п.5.105 /I/ в зависимости от производительности водозабора и условий забора воды. В нашем случае условия – средние, поэтому мы принимаем вращающиеся сетки по одной в каждой секции. Площадь сеток определяется по формуле:

 

F=Qp/(V∙h₁∙h₂∙h₃)

 

 

	Размеры, мм							Масса, т
	Н	В	B	h	h1	h2	R
	5000-2000	1500	1680	1150	1200	2695	730	1.1-1.4 на 1 метр

 

h₁=b²/(b+d)²,

 где d - толщина проволоки, принимается 0,1-0,12 мм;

b - размер ячеек сетки в свету, принимаю 20 мм;

h₂ - коэффициент загрязнения сетки;

h3 - принимается равным 0,75.

h₁=20²/(20+1)²=0,907

 

F=0,13/(0,4∙0,907∙0.85∙0.75)=1.13 м²

Определение глубины погружения под расчетный уровень воды h.

 

h=F/B

 

h=1.13/1.5 = 0.75 м

 

Определение величины колебания уровня.

 

h₁= УВВ – УНВ

 

h₁ = 74,50 – 73,10 = 1,4 м

 

Определение расстояния между центрами звездочек полотна.

 

H= h+ h₁+ h₂+1

 

H=0.75+1,4+2.695+1=5,545 м

 

3.4. Расчёт диаметра трубопроводов

 

3.4.1.Самртечные линии

 

Самотечные линии водозабора руслового типа, соединяющие оголовок с береговым колодцем, прокладываем в одну нитку для каждой секции сооружения с нулевым уклоном. Линии выполняются из стальных труб с усиленной гидроизоляцией, уложенных под дно русла не менее 0,5м. Диаметр самотечных линий определяется из условий обеспечения в них незаиляющих скоростей движения воды. Для коротких линий скорость движения воды 1–1,5м/с.

Расчет ведем на два случая:

1.нормальный режим, т.е. когда по каждой нитке идет 50% от общего расход воды. Q_.=0,133/2м³/с =0,07м³/с=70л/с

2.аварийный режим, т.е. когда одна из линий пропускает 70%  расчетного расхода из-за возникновения аварии на другой. Q_авар=0,7∙0,133=0,093м³/с=93 л/с;

 

Пользуясь /4/ и зная расходы воды для двух режимов работы самотечных линий, выписываем следующие данные:

- при нормальных условиях:

D_с.л = 300 мм;

u = 0,92 м/с - скорость движения воды;

1000i = 4,31 - гидравлический уклон;

 

- при аварийной режиме:

D_с.л. = 300 мм;

u = 1,22 м/с;

1000i = 7,32.

Незаиляющая скорость в линии:

 

υ_н.з.=³√ρgωD_с.л./0,11(1-ω/u)^4,3

 

где ρ – концентрация взвешенных частиц в воде, ρ=0,1 кг/м³;

ω – средневзвешенная гидравлическая крупность частиц в воде, ω=4,0м/с;

u – скорость выпадения частиц взвеси в потоке:

 

u=0,07υ_р= 0,07∙0,92=0,064 м/с;

 

υ_р – скорость течения воды в самотечной  линии, м/с.

 

υ_н.з.= ³√0,1·9,8·0,005·0,3/0,11(1-0,005/0,04)^4,3=0,09 м/с

 

V>Vнез, т.е. 0,0,92>0,09 м/с.

Скорость воды в самотечной линии при ее промывке:

 

υ_пром≥10 ⁴√D_с.л.∙d_ч

 

где d_ч–диаметр отложившихся в линии частиц взвеси, м

(диаметр самых крупных частиц наносов, которые могут осесть в самотечных линиях, составляет 0,0002м).

 

υ_пром≥10 ⁴√0,3*0,0002=0,88м/с

 

Потери напора в самотечной линии при нормальных условиях работы водозабора:

 

h_с.л = h_j+h_l,

 

гдеh_j – потери напора на местных сопротивлениях. Принимаем равными h_j=10%hl;  h_l – потери напора по длине, м.          

 h_l=i∙l,

где i – гидравлический уклон; l – длина самотечной линии, м.

 

h_l1 = 40∙4,31/1000=0,172м,

 

h_с.л.= 0,172+10%∙0,172=0,19м

 

При форсированном режиме работы секции водозабора:

 

h_l.авар=40∙7,32/1000=0,293м

 

h_{с.л.авар.}=0,293+10%∙0,293=0,32м

 

3.5 Определение отметок расчётных уровней воды в колодце

С учетом потерь напора отметки уровня воды в водоприемном отделении водозабора будут составлять:

а) в приемном отделении:

  -при нормальном режиме

 

Z_max=Z_вув-Sh, м

 

Z_min=Z_нув-Sh, м

 

где Z_max, Z_min - максимальный и минимальный уровни воды в реке при расчетной обеспеченности;

   Sh - общие потери напора в водоприемных устройствах, м

 

Sh=h_р+Sh_с.л.=0,05+0,19=0,24м

 

где h_р – потери напора в решетке, принимаю 0,05м

Shс.л. – общие потери напора в самотечной линии, м.

 

 Z_max=154,10-0,24=153,86 м

 

 Z_min=153,2-0,24=152,96 м

 

- при аварийном режиме

При аварийном режиме расход воды принимается 70% от расчетного.

 

Z_max^ав= Z_вув-Sh, м

 

Z_min^ав=Z_нув-Sh, м

 

где Z_max^ав, Z_min^ав - максимальный и минимальный уровни воды в реке при аварийном режиме;

 Sh - общие потери напора в водоприемных устройствах при аварийном режиме, м

Sh=h_р+Sh_с.л., м

 

где h_р – потери напора в решетки, м

     Shс.л. – общие потери напора в самотечной линии, м.

 

Sh_с.л.=0,05+0,32=0,37м.

 

Тогда:

 

Z_max =154,1-0,37=153,73 м

 

Z_min=153,1-0,37=152,73 м

 

б) во всасывающем трубопроводе

 

Во всасывающем отделении отметки уровня воды будут меньше, чем в приемном, на величину потерь напора в сетке, которая принимается для нормального режима 0,1, для аварийного – 0,15…0,2 м.

- при нормальном режиме

 

Z_1мax = Z_max - Sh =153,86 - 0,1=153,760м

Z_1мin= Z_min - Sh=152,96- 0,1=152,86м

 

-при аварийном режиме:

 

Z_2мax =Z_max^ав -Sh =153,73 - 0,2=153,53м

 

Z_2мin = Z_min^ав-Sh =152,73- 0,2=152,53м

 

3.6. Определение оси насоса

 

 Допустимая геометрическая высота всасывания насоса определяется по формуле

 

H^доп_геом=р_ат/rg -р_пар/rg - h_доп-h_вс.тр. ,

 

где р_ат/rg – атмосферное давление, м вод. ст.;

р_пар / rg – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости, м вод. ст.;

     h_доп – допустимый кавитационный запас, м вод. ст.,

   h_вс.тр – потери напора во всасывающем трубопроводе насоса, предварительно принимаемые равными 0,5 м вод. ст.

Принимаем р_пар/ rg = 10 м вод. ст., а температуру перекачиваемой воды, равную 20° С. При этой температуре         

      р_пар/rg = 0,24 м вод. ст.

Допустимый кавитационный запас определяем по рабочей характеристикенасоса при расчетной его подаче.

 

H^доп_геом =10–0,24–4,5 –0,5=4,76 м.

 

 Отметка оси насоса определяется по формуле:

 

Z_нас=z₁+ H^доп_геом.

 

Z_нас=153,2+4,76=157,96 м.

 

 

Глава 4. Подбор насоса 1 подъёма

 

Категорию НС по степени обеспеченности подачи воды устанавливаем в зависимости от их функционального назначения в общей системе водоснабжения (глава 7 /I/), т.е. категория НС1 – первая.

Исходными данными для подбора насосов является производительность водозабора и расчетный напор, определяемый из условия подачи воды в количестве О_р на отметку максимального уровня воды в смесителе станции очистки воды (ОСВ).