Гидравлические расчеты водозаборных сооружений

Гидравлические расчеты водозаборных сооружений выполняются применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Гидравлические расчеты по определению размеров водоприемных отверстий, водоочистных сеток, диаметров водоводов и других элементов водозаборов выполняются для нормальных условий эксплуатации, а расчеты потерь напора, уровней воды в береговом сеточном колодце и допускаемой наивысшей отметки оси насосов - применительно к аварийному режиму эксплуатации сооружений.

 

Расчетный расход воды в одной секции водозабора.

Для нормальных условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где n – число секций водозабора;

и для аварийных условий:

где Р - допускаемое уменьшение подачи воды в аварийном режиме, принимается для системы водоснабжения I категории подачи воды - 30% [1, п.4.4];

Площадь водоприемных отверстий (брутто) одной секции водозабора (оборудованной решетками) определяется по формуле:

где Q_р – расчетный расход одной секции, м³/с;

v_вт – средняя скорость втекания в водоприемные отверстия с учетом требований для рыбозащиты принимается: для русловых затопленных водоприемников v_вт = 0,2 м/с, для рек со скоростями не менее 0,4 м/с, [1, п.5.94];

η_ст - коэффициент стеснения площади водоприемного отверстия стержнями сороудерживающей решетки, определяется по формуле:

η_ст = а / (а+d)=50/(50+6)=0,89

где d – толщина стержней, 6 мм;

а – расстояние между стержнями, 50 см;

η_з - коэффициент засорения решетки, 0,8;

Для принятого размера водоприемного отверстия число отверстий (количество решеток) в каждой секции берем –4.

 

 

Согласно [11, прил.1, табл. п 1.1], принимается характеристика сороудерживающих решеток:

· размеры водоприемных отверстий:

ширина - b = 600 мм;

высота - h = 800 мм;

· внутренние размеры рам решеток соответствуют размерам водоприемных отверстий;

· размеры рам решеток по наружному обмеру:

ширина - 700 мм;

высота - 900 мм;

Скорость втекания воды в водоприемное отверстие определяется по формуле:

 

Площадь водоочистных сеток, располагаемых под наинизшим расчетным уровнем воды в береговом сеточном колодце, определяется для плоских сеток по формуле:

где Q_р – расчетный расход одной секции, м³/с;

v_вт –допускаемая скорость течения воды в ячейках сеток: для плоских сеток принимается: V_c = 0,3 м/с [4, п.2.10];

η_ст-коэффициент стеснения отверстия проволокой сетки, определяемый по формуле:

 

η_ст = а²/(а+d)²=3,5²/(3,5+1)²=0,6

где, а – расстояние между проволоками сетки в свету, 3,5 мм;

d – диаметр проволоки, 1 мм;

Согласно [4, прил.1, табл.П1.2] принимается две плоских водоочистных сеток:

· с размерами: ширина - 1250 мм;

высота - 1500 мм.

При выбранных размерах сетки расчетная скорость течения воды в сетке определяется по формуле:

Глубина погружения сеточного полотна под расчетный уровень воды определяется по формуле:

При всех уровнях волы в колодце, больших минимального, процеживание воды будет происходить через большую площадь сетки и с меньшей скоростью течения воды через нее. Вследствие этого повышается сороизвлекающая способность сеток и обеспечивается лучшая очистка воды.

Потери напора в плоских сетках согласно [4, п.2.10] принимаются: h_c = 0,15 м.

Уровень воды в береговом колодце пеерд сеткой и после нее определяется по формуле:

А^/ = Мин УВ – Σh^1-2 = 72,5-0,33=72,15м

   В^/ = А^/ - h_с =72,15-0,15= 72,0 м

 

где Мин УВ – минимальный расчетный уровень воды в реке;

Σh^1-2 – сумма потерь напора при течении воды от 1 до 2 сечения – от водоприемника до водоочистной сетки;

Σh^1-2 = h_р+h_в+h_сам+Σh_м.с =0,05+0,08+0,15+0,06=0,33м

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

h_в – потери напора в водоприемнике, 0,08м;

h_сам – потери напора в самотечном водоводе, м;

Σh_м.с – потери напора в местных сопративлениях водовода:

                      

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,1 - для тройника на протоке;

0,05 – для полностью открытой задвижки;

1,0 - при вытекании воды под уровень;

q - ускорение свободного падения, м/с;

h_с – по эксплутационным данным для плоских сеток , 0,15 м;

Отметку днища берегового колодца определяем по формуле:

Д_н = А^/ - Н_с – h_п = 72,15-0,84-0,5=70,81м;

Д_н = В^/ - h₁ – h₂ – h₃ = 72-1,2-0,6-0,65=69,55м;

Принято Д_н = 69,5 м

где Н_с – высота сетки;

h_п – глубина приямка для сбора осадка, 0,5 м;

h₁ – допускаемое погружение отверстия всасывающего водовода, определяется: 1,5*D_в = 1,5*0,78=1,2 м,

D_в – диаметр отверстия воронки всасывающего водовода диаметром d_вс:

                       D_в = 1,3* d_вс = 1,3*600=0,78 м;

h₂ – расстояние от низа воронки до дна, принимается:                h₂ = 0,8* D_в=0,8*0,78=0,6 м;

h₃ – высота слоя бетона для образования приямка и откосов для сползания осадка к приямку, принимается:

h₃ = h_п +0,15=0,5+0,15=0,65 м;

Расчет водоводов ( самотечных, всасывающих и напорных) выполняется применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Диаметр водоводов принимается по [3] при расчетном расходе воды в одной секции водозабора для нормальных условий эксплуатации:

                                 Q_р = 0,27 м³/с;         D = 600 мм.

Скорости течения воды в водоводах при нормальных условиях эксплуатации принимаются по [4, табл.2.5]: 1,02 м/с - в самотечных водоводах и 1,29 м/с - во всасывающих.

Принятый диаметр самотечных труб проверяем на незаиляемость транспортируемыми по водоводу мелкими наносами, по формуле:

 

 

где, v – средняя скорость течения воды в водоводе, м/с;

v_* - динамическая скорость, принимается:

v_* = 0,007*v = 0,007*1,02=0,0714 м/с;

А – параметр, принимаемый 9;

d – средневзвешанный диаметр наносов, 25мм;

ρ – средняя мутность воды в период половодья, 1,3 кг/м³;

ω – гидравлическая крупность, 11,6 мм/с;

Потери напора в водоводах (по длине) определяются по формуле:

h = i * L

где, i - пьезометрический уклон, определяемый согласно [3];

L - длина водовода, м;

Потери напора в самоточном водоводе (по длине) равны:       

h = 0,00209 * 72 = 0,15 м

Потери напора во всасывающем водоводе (по длине) равны:

h_вс = 0,00421* 19 = 0,08 м

Наивысшая допустимая отметка оси насоса определяется по формуле:

ОН=Мин УВ+(10-∆h_g)-∑h_п-v²/2g =72,5+(10-5)-0,52-0,4=76,58 м

 

где, Мин УВ - отметка миним. расчетного уровня воды в реке, м;

10-∆h_g – приведенная высота атмосферного давления и допустимый кавитационный запас насоса, м;

Sh_п – сумма потерь напора при движении воды в сооружениях от водоприемных отверстий до насоса при аварийных условиях эксплуатации (т.е. потери напора в решетке, водоприемнике, самоточном водоводе, на местных сопротивлениях водовода, в сетке, во всасывающем водоводе, на местных сопротивлениях всасывающего водовода), м;

V²/2q - скоростной напор во всасывающем патрубке насоса:

V²/2q = 2,78²/2*9,81 = 4м

Потери напора на местных сопротивлениях во всасывающем водоводе определяются по формуле:

                      

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,5 – для колена;

0,4 – длявходной воронки;

0,4 – для перехода;

0,05 - для полностью открытой задвижки;

Sh_п = Σh^1-2 + h_вс+ Σh_м.с=0,33+0,08+0,11 =0,52м

Принимаем ось насоса на отметке 76,5 м.

Неразмывавающая скорость течения воды при проверке неразмываемости дна и определении крупности камня для крепления определяем по формуле:

 

где, d₀ – средневзвешанный диаметр отложений дна русла или каменного крепления, 0,3 мм;

H – глубина потока, м;