Гидравлический расчет водозаборных сооружений

Водозаборные сооружения с затопленными оголовками относятся ко 2 или 3 категории. В целях выполнения условия по проектированию сооружений 1 категории и обеспечения бесперебойности подачи воды потребителям в проекте предусматривается:

водозаборные сооружения проектируются с двумя затопленными оголовками в двух створах реки. Каждый оголовок оборудуется коллектором с вихревой камерой и водоприемными окнами, оборудованных фильтрующими кассетами.

Геометрические размеры водозаборных сооружений определяются из расчета пропуска максимального расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды при нормальных режимах водопотребления.

Потери напора в сооружениях, энергетические затраты на подачу воды потребителям рассчитываются при экстремальных ситуациях, т.е. в случае аварийной работы водозабора.

Расчетный расход воды, протекающей через каждый оголовок:

q_р = = = 97,5 л/с = 0,0975 м³/с.

Скорость втекания воды в окно оголовка принимается (см.п.5.94.СНиП 2.04.02-84^*) в пределах J £ 0,1¸0,3 м/с.

Общая площадь входных окон каждого оголовка рассчитывается по формуле:

W_бр = 1,25 · q_р· ,

где К_ст = – коэффициент, учитывающий стеснение отверстий;

1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий.

Чтобы в оголовок потоком воды не затянуло мальков или не прижало к окнам оголовка, последние оборудуются фильтрующими элементами - сетками или фильтрующими кассетами.

На проектируемых оголовках устанавливаются фильтрующие кассеты с гравийно-щебеночной загрузкой.

Для фильтрующих кассет:

К_ст = = = 3,33,

где Р_ф – пористость гравийно-щебеночного фильтра 0,3-0,5

W_бр = 1,25*0,0975* = 4,06 м²

Соблюдая принципы стандартизации при строительстве объектов, размеры окон оголовков принимаются по стандартным размерам решеток, которые могут устанавливаться на окнах в периоды ремонта или замены кассет. Из справочника по специальным работам (под редакцией Москвитина А.С.) выбираются размеры решетки:1000 х 1250 мм, весом 94 кг. Площадь живого сечения кассеты назначается в соответствии с размерами решетки, т.е. равной W_кас.=1,08 м².

В этой связи, количество кассет на один оголовок принимается:

n = = » 4 шт.

При наличии фильтрующих кассет сетки в водоприемной камере могут не устанавливаться.

Проверяя скорость движения воды на входе перед фильтрующей кассетой с заданными размерами:

J = = 0,075м/с < 0,1 м/с,

можно сделать вывод, что требование СНиП по пределам скорости входа воды в оголовок, в целях предотвращения гибели молоди, выполняется.

При промывке фильтрующей кассеты на ее место устанавливается решетка, а в водоприемной камере сетка.

Подача воды потребителям при аварийной ситуации или ремонтах должна быть в пределах: Q_ав ³ 0,7 Q_вод, т.е. Q_ав ³ 0,7 ·0,195=0,137 м³/с.

Проверим работу водозахватных устройств при ремонтах или промывке одного из оголовков:

если установлены фильтрующие кассеты, то скорость втекания воды в оголовок составит:

J_70%=(0,7·0,195·1,25·3,33)/4,06 = 0,14 м/с, т.е. в пределах 0,1¸0,2 м/с.

По проекту: оголовок принимается с цилиндрическим коллектором переменного сечения и вихревой камерой.

Сечения коллектора принимаются по условию:

скорость движения воды в коллекторе предусматривается неизменной и не меньше 0,75 м/с;

наибольший диаметр коллектора (камеры) определяется по формуле

D_мак = 2 ,

где J_м - принимается несколько меньше расчетной скорости в водоводе, м/с.

В данном проекте D_мак принимается равным диаметру водовода (в целях упрощения расчетов)..

Длина коллектора (вихревой камеры) принимается из расчета L = 6¸10 D_мак, где D_мак - максимальный поперечный размер вихревой камеры.

Чтобы определить D_мак необходимо рассчитать диаметр водовода D_вод.

Водоводы принимаются самотечными от каждого оголовка (самотечные водоводы надежнее сифонных).

Самотечные водоводы

Диаметр каждого водовода назначается по условию:

пропускная способность водовода q₁ = = 0,0975 м³/с, при 0,7 £ J₁ £ 1 м/с (п.5.99 СНиП 2.04.02-84).

Если J_1r =0,9 м/с, то

D_вод = = =0,371»0,4 м.

По справочнику строителя (под ред. Перешивкина А.К.) выбираются трубы для самотечных водоводов: стальные трубы D_у 400 мм с внутренним цементно-песчаным покрытием. Толщина покрытия d=7 мм.

Анализируя план источника водоснабжения (выданного по заданию), выбирается место размещения оголовков и водоприемного колодца. Оценивается длина водоводов.

В данном проекте длина самотечных водоводов одинаковая и равна: L_вод=30 м.

Потери напора в водоводе при аварийном режиме составят:

h=i∙L _вод· 1,2= A·k∙q²∙L _вод· 1,2=0,1521∙0,97·0,7· 0,195²·30·1,2=0,14»0,15м,

при q =0,7·0,195=0,137 м³/с, D_у 400 мм, J_70% = 1,14 м/с, k=0,97, A =0,1521

Вихревая камера

Вихревая камера (коллектор) монтируется из стальных телескопических труб с такими диаметрами, которые бы по всей длине камеры обеспечивали равномерное движение воды.

Расход воды, который приходится на один оголовок, составляет: q = 0,0975 м³/с. Усредненная скорость в камере принимается равной J=0,8 м/с.

через одно окно в оголовок поступает q_ок = = =0,024 м³/с, при J=0,8 м/с

где n –количество входных окон.

В этой связи размеры вихревой камеры (коллектора) принимаются:

в конце камеры- D_кам= D_вод=400 мм;

в начале - D_кам= = 0,197 м, D_кам»200 мм;

после 2 окна- D_кам= = 0,276 м, D_кам»300 мм;

после 3 окна- D_кам= = 0,339 м, D_кам»350 мм;

Длина камеры принимается: L= 6¸10 D_мак =10∙0,4=4 м. Длина оголовка, с учетом условий устойчивости, прочности и размеров его составных узлов, принимается - 8 м Ширина – 2,4 м.