Расчет промыва камеры отстойника.

 

При промывке одной из камер от наносных отложений питание магистрального канала идет через две другие камеры.

Порядок управления затворами при промывке камер следующий:

1)опускают верхние затворы в конце камеры и тем самым прекращают поступление воды из камеры в магистральный канал, вследствие чего уровень воды в ней сравнивается с уровнем верхнего бьефа;

2)опускают затворы в начале камеры так, чтобы между порогом и низом затворов оставалось отверстие высотой «а1»,пропускающее в условиях свободного истечения принятый промывной расход;

3)поднимают нижние затворы в конце отстойника у отверстий донных промывников, вследствие чего уровень воды в камере сильно снижается, скорости течения увеличиваются, и наносные отложения быстро смываются;

4)убедившись в смыве всех наносов их камеры,путем промера рейками с дорожек над разделительными стенками камер, закрывают отверстия донных промывников, вследствие чего камера наполняется водой до уровня верхнего бьефа;

5)поднимают затворы в начале камеры;

6)поднимают верхние затворы в конце камеры и пропускают воду в магистральны й канал.

  Общий объем наносных отложений к началу промывки равен

где Вк-ширина камеры,м;

Σδ·L-объем наносных отложений на 1м ширины камеры,определяется как сумма удельных объемов всех осевших фракций по всем интегралам времени:

 

За межпромывной период в камеру поступило и частично покинуло ее следующее количество наносов:

где -суммарная объемная мутность воды в реке,л/м³;

  Qкам-расчетный расход камеры отстойника, м³/с;

   t-длительность межпромывного периода,ч.

Процент наносов, задерживаемых камерой, составит:

следовательно в канал поступает 100-А,то есть 16,6% наносов.

 

Мутность воды, поступающей в отводящий канал будет

где -мутность воды в отводящем канале, кг/м³;

  -суммарная весовая мутность потока, кг/м³;

Камеры отстойника промывают поочередно.

Продолжительность промыва данной отстойной камеры определяем по формуле:

где -объемная масса наносных отложений, т/м³;

    Wо-общий объем наносных отложений к началу промывки, м³;

    -удельный расход при промыве камеры, м²/с

    Р-транспортирующая способность потока,%;

    Вк-ширина камеры,м.

 

Примем 15мин.на операции с затворами перед промывкой-по 5мин. на каждую группу затворов, причем из этого времени в течении 5мин.происходит смыв наносов;на прерации с затворами после промывки камеры также отводим 15мин. и на самую промывку 20мин.

Таким образом, наносы смываются из камеры в течении 5+4,5+5=14,5мин.

Принимаем время промыва отстойной камеры:

=14,5мин.=870с.

Во время промыва в пульповод, отводящий насыщенную наносами воду в реку(ниже водозабора), поток будет вступать со средней мутностью:

 

где -мутность потока в камере и на входе в пульповод,кг/м³;

   - суммарная весовая мутность потока, кг/м³;

    Wо-объем наносов, задержаных в камере,м³;

    -объемная масса наносных отложений,т/м³;

   Qпр-промывной расход,м³/с;

    -продолжительность промыва,с.

Для нормального смыва наносов и беспрнпятственного возвращения их в реку транспортирующая способность потока как в камере,так и в пульповоде должна быть больше мутности потока, то есть > .

Условия расчета выполняются,так как транспортирующая способность потока равна 81,9кг/м³,что больше мутности потока при промыве, равной 52,32кг/м³. ( =81,9кг/м³> =52,32 кг/м³.)

РАСЧЕТ ПУЛЬПОВОДА.

 

Ширину лотка пульповода принимаем:

Тогда удельный расход будет равен:

 на 1м,

где Qпр-промывной расход камеры отстойника,м³/с.

По табл.23 М.У. для =1,08м²/с и Р=14% определяем промывную скорость Vпр=3м/с.

   Глубину воды в лотке пульповода

Исходя из рекомендаций принимаем ж/б монолитную конструкцию пульповода прямоугольного сечения 2,25×1,5м.

Уклон дна пульповода определяем по формуле Шези.

Гидравлический радиус для лотка прямоугольного сечения:

Коэффициент Шези:

где n-коэффициент шероховатости, принимается для грубой бетонной облицовки n=0,017.

Для этих условий уклон дна пульповода будет равен:

Проверку транспортирующего способности пульповода производим по Б.М.Шкундину для пульпы с частицами со средним размером 0,32(т.е. несколько большим, чем у нас идет в запас расчета):

что удовлетворяет условию, так как транспортирующая способность потока равна 81,9кг/м³.

В обоих случаях, и в камере и в пульповоде, транспортирующая способность потоков оказалась больше, что обеспечит успешную промывку камеры.

Для обеспечения нормальной работы пульповода отметка конца пульповода должна быть не ниже паводкового уровня воды в реке. Рабочий уровень воды в камерах отстойника должен располагаться на отметке, превышающей уровень воды в реке на величину суммарных потерь напора при промывке по трассе камера-пульповод.

где Z-превышение уровня воды в отстойнике над паводковым уровнем реки в створе выхода пульпо-провода,м;

-глубина воды в конце камеры,м;

-глубина воды в камере при промывке,м;

а-потери напора при выходе потока из камеры через промывники и сборную галерею в пульповод, принимаемые 0,05÷0,15м;

Iп-уклон дна пульповода;

Lп-длина пульповода, принимаемая равной:

  Увязываем уровни воды в верхнем и нижнем бьефах в отстойнике и магистральном канале начиная от уровня воды в реке в месте выхода пульповода в направлении верхнего бьефа отстойника.

  Отметка дна реки в створе плотины 16м. Глубина воды, соответствующая расходу 5%-ной обеспеченности, =1,97м.

  Отметка уровня воды в нижнем бьефе в створе водозабора будет равна

 

Отметка уровня воды в месте выхода пульповода в реку будет

где S-смещение пульповода вниз по реке с учетом его изломов, м.

Смещение пульповода зависит также от топографических условий. В предварительных расчетах можно принимать

Рабочая отметка уровня воды в отстойнике должна быть не ниже

 

РАСЧЕТ ШЛЮЗОВ РЕГУЛЯТОРОВ.

При расположении отстойника в составе гидроузла, водоприемик выполняют в виде открытого шлюза-регулятора. Пролеты шлюзов-регуляторов обычно принимают на входе и на выходе одинаковыми и равными ширине камер отстойника.

   Гидравлически шлюзы-регуляторы рассчитывают по схеме водосливов с широким порогом при подтопленном истечении. Отметки порогов входного и выходного шлюзов-регуляторов принимают одинаковыми, глубина же воды на порогах различна.

Расчет шлюзов-регуляторов выполняем по формуле:

,

где δ-коэффициент, учитывающий характер подвода воды к водосливу;

ε-коэффициент бокового сжатия;

φ-коэффициент скорости;

В-ширина пролета, равная ширине отстойной камеры,м;

Н-глубина воды на пороге,м;

  z-потери на входе в регулятор,м.

Так как подходные скорости незначительные, скоростной напор в расчетах не учитываем.

Выходной шлюз-регулятор рассчитываем на расход одного пролета Qкам=3,59м³/с при глубине воды на пороге, соответствующей глубине в канале, то есть Н= =1,7м.

Из формулы подтопленного водослива разность уровней будет:

Коэффициент δ в формуле учитывает характер подвода воды к водосливу и зависит от угла α.

При фронтальном подводе воды принимаем δ=1,0.

Боковое сжатие учитываем коэффициентом, определяем по формуле Е.А.Замарина

где -числовой коэффициент, зависящий от формы очертания оголовка бычка. Принимаем =0,1;

Н-глубина воды на пороге, м;

В-ширина пролета, равная ширине отстойной камеры, м;

Коэффициент скорости в соответствии с таблицей 29 М.У. будет φ=0,95.

Входной шлюз-регулятор рассчитываем также на расход, проходящий через один пролет и равный Qкам.=3,59м³/с.

Глубина воды на пороге водослива равна

Принимая во внимание рекомендации Н.Ф.Данелия о величине скорости на пороге водоприемника, которая должна быть в пределах 1,5÷2,0м/с, потери при входе в отстойник определяем из зависимости

На входном пороге устанавливаем уравнительную решетку из железных полос сечением δ·1=1,5·8 см с просветами =8см; потери в решетке по А.Р.Березинскому, составят:

;

 

где β-коэффициент, учитывающий форму спиц, β=0,318;

V-скорость входа(скорость течения перед решеткой), принятая 1,5м/с.

Общие потери на пороге водоприемника будут:

Отсюда напор

Отметка НПУ будет равна

Отметка порога водоприемника:

Размеры шлюзов-регуляторов определяют из условия пропуска через них расчетных расходов при полностью поднятых затворах. При пропуске части расчетного расхода или форсировке уровней отверстия частично перекрывают затворами. Особенность расчетов в этом случае состоит в том, что их выполняют при известных размерах сооружения, и они являются, как правило, проверочными. При таких расчетах определяют расход воды, проходящий через суженное отверстие шлюза-регулятора, или находят его размеры, если известен расход, который нужно пропустить через отверстие.

В период промыва одной из двух камер отстойника подача требуемого расхода в магистральный канал обеспечивается некоторой кратковременной перегрузкой работающих камер.

Расход, проходящий через один пролет верхового шлюза-регулятора, будет:

где n-количество отстойных камер.

 

Разность уровней  увеличится и при δ=1,0,φ=0,95,ε=0,971 станет

а с учетом потерь в решетке

следовательно, в водоприемнике необходима форсировка уровня.

Во время промывки одной из камер отстойника шлюз-регулятор будет работать по схеме неподтопленного истечения из-под затвора.

Расчетная формула для этого случая:

,

где φ-коэффициент скорости φ=0,95;

  ε΄-коэффициент вертикального сжатия;

-высота входного отверстия,м;

В-ширина пролета,м;

-напор на пороге при форсировке уровней с учетом скорости подхода, м.

Коэффициент вертикального сжатия зависит от отношения высоты отверстия к глубине воды перед затвором.

Из расчетной формулы определим высоту поднятия затвора – а, где

где V-скорость на пороге водоприемника, V=1,5м/с;

-напор на пороге при форсировки уровней, м;

-потери на входе с учетом форсировки уровня, м.

После подстановки получим:

Высоту поднятия затвора определяем методом подбора. Расчет выполняем в табличной форме.

   Табл.6- Определение высоты поднятия затвора.

а,м		ε΄	Q,м³/с
0,4	0,2	0,63	9,35	5,39
0,35	0,159	0,627	6,86	7,7
0,26	0,118	0,623	7,8	7,7

 

Из таблицы следует, что высота поднятия затвора входного шлюза-регулятора при промывке камер отстойника будет равна =0,5м.

Для быстроты и бесперебойности промывки высоту поднятия затвора выходного шлюза-регулятора «» примем больше глубины воды в камере при промывке, равной =0,38м; пусть =0,7м.