Сооружение для забора поверхностных вод

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Введение

Выполнение  курсовых проектов по дисциплине «Водозаборы  из поверхностных

источников» связано с решением комплекса задач по обоснованию  выбора

технологического, энергетического, грузоподъемного оборудования, размеров

_______водоприемных сооружений  и помещений насосных станций  (ВЗС).

Материалы учебного пособия в совокупности с методическими указаниями,

приведенными в задании по одноименному курсовому проекту, дают возможность

правильно подходить к решению перечисленных  выше задач на стадии учебного

проектирования  сооружений систем водоснабжения.

При выполнении графической части проекта целесообразно  пользоваться типовыми

проектами, утвержденными государственными ведомствами.

Размеры сооружений и помещений следует назначать  в соответствии с

действующими  правилами по унификации производственных зданий и сооружений.

ВЗС должны обеспечивать прием и подачу воды потребителю при минимальных  и

максимальных уровнях воды в источнике водоснабжения; удовлетворять санитарным

требованиям. Их место размещения, размеры и  форма назначаются по условию

обеспечения плавного обтекания речным потоком  воды, наименьшего стеснения и

переформирования  русла. При проектировании ВЗС предусматриваются: мероприятия по

защите  молоди рыб от попадания в водоприемные сооружения; по обеспечению

экологического  баланса в водной и воздушных  средах.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

 

1. ВЫБОР МЕСТА И ТИПА ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Водозаборный узел размещается  на правом берегу реки в месте плеса. В выбранном

створе реки берег пологий. Проектная  производительность водозабора Qв  < 1 м3/с, в этой

связи тип его водоприемных устройств предусматривается как у сооружений с забором

воды из русла реки через затопленные  оголовки. Затопленный оголовок размещается  на

дне реки при соблюдении условий:

минимальный слой воды над оголовком  от нижней кромки льда – 0,2 м;

минимальный слой воды над оголовком от – 0,3 м;

минимальный порог между дном и  низом водоприемных окон – 0,5 м.

Состав водозаборных сооружений

1. Оголовок;

2. Самотечные водоводы;

3. Береговой колодец, совмещенный  с насосной станцией 1-го подъема.

Проектируемые водозаборные сооружения системы водоснабжения города по

надежности относятся к сооружениям 1 категории надежности.

 

2. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ И РАСЧЕТНАЯ ПОДАЧА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ПЕРВОГО ПОДЪЕМА

 

Производительность водозаборных сооружений рассчитывается по формуле:

Qвод = α Qср.сут · К мак

сут ,

4

где Qср.сут – среднесуточный расход воды в городе, м3/сут;

К мак

сут = 1,1÷1,3 – максимальный _______коэффициент суточной неравномерности;

α = 1,01÷1,08 –коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды

водозаборных и очистных сооружений.

Qвод =1,08

24

22267 1,2 =1202,4 м3/ час = 334 л/с.

 

3. 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 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:

qр =

2

вод Q

=

2

334 = 167 л/с = 0,167 м3/с.

Скорость втекания воды в окно оголовка принимается (см.п.5.94.СНиП 2.04.02-84*) в

пределах ϑ ≤ 0,1÷0,3 м/с.

Общая площадь входных  окон каждого оголовка рассчитывается по формуле:

Ωбр = 1,25 · qр·

ϑ

ст К

,

где Кст – 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:

5

Кст =

ф Р

1 =

0,3

1 = 3,33,

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

Ωбр = 1,25·0.167

0,1

3,33 = 6,95 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 Ωкас.=1,08 м2.

В этой связи, количество кассет на один оголовок принимается:

n =

кас

бр

Ω

Ω

=

1,08

6,95 ≈ 6 шт.

При наличии фильтрующих кассет сетки в водоприемной камере могут не

устанавливаться.

Проверяя скорость движения воды на входе перед фильтрующей  кассетой с

заданными размерами:

ϑ =

6 1,08

0,167 3,33

⋅

⋅

= 0,085м/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: Qав ≥ 0,7 Qвод, т.е. Qав ≥ 0,7·0,334=0,233 м3/с.

Проверим работу водозахватных  устройств при ремонтах или промывке одного из

оголовков:

если установлены фильтрующие  кассеты, то скорость втекания воды в  оголовок

составит:

ϑ70% = (0,7·0,334·1,25·3,33)/6,48 = 0,12 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

6

Dмак = 2

м

в Q

π ⋅υ

,

где ϑм – принимается несколько меньше расчетной скорости в водоводе, м/с.

В данном проекте Dмак принимается  равным диаметру водовода (в целях упрощения

расчетов).

Длина коллектора (вихревой камеры) принимается  из расчета L = 6÷10 Dмак, где Dмак

– максимальный поперечный размер вихревой камеры.

Чтобы определить Dмак необходимо рассчитать диаметр водовода Dвод.

Водоводы принимаются самотечными  от каждого оголовка (самотечные водоводы

надежнее сифонных).

Самотечные водоводы

Диаметр каждого водовода назначается  по условию:

пропускная способность водовода q1 =

2

вод Q

= 0,167 м3/с, при 0,7 ≤ ϑ1 ≤ 1 м/с (п.5.99

СНиП 2.04.02-84).

Если ϑ1ρ =0,9 м/с, то

Dвод =

1

1 4

π ⋅ϑ

⋅ q =

3,14 0,9

4 0,167

⋅

⋅

=0,486≈0,5 м.

По справочнику строителя (под  ред. Перешивкина А.К.) выбираются трубы  для

самотечных водоводов: стальные трубы Dу 500 мм с внутренним цементно-песчаным

покрытием. Толщина покрытия δ = 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: Lвод = 60 м.

Потери напора в водоводе при  аварийном режиме составят:

h = i·L вод· 1,2 = A·k·q2·L вод· 1,2 = 0,4939·0,98·0,7·  0,3342·60·1,2 = 0,19 ≈ 0,2 м,

при q = 0,7·0,334 = 0,233 м3/с, Dу 500 мм, ϑ70% = 1,12 м/с, k = 0,98, A = 0,4939

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 = 0,167 м3/с.

Усредненная скорость в  камере принимается равной ϑ=0,8 м/с.

через одно окно в оголовок поступает qок =

n

q

=

6

0,167 =0,028 м3/с, при ϑ=0,8 м/с

7

где n –количество входных  окон.

В этой связи размеры  вихревой камеры (коллектора) принимаются:

в конце камеры- Dкам= Dвод=500 мм;

в начале - Dкам=

6 3,14 0,8

4 0.167

⋅ ⋅

⋅

= 0,21 м, Dкам ≈200 мм;

после 2 окна- Dкам=

3,14 0,8

4 0,028 2

⋅

⋅ ⋅

= 0,29 м, Dкам ≈300 мм;

после 3 окна- Dкам=

3,14 0,8

4 0,028 3

⋅

⋅ ⋅

= 0,36 м, Dкам ≈350 мм;

после 4 окна- Dкам=

3,14 0,8

4 0,028 4

⋅

⋅ ⋅

= 0,42 м, Dкам ≈400 мм;

после 5 окна- Dкам=

3,14 0,8

4 0,028 5

⋅

⋅ ⋅

= 0,47 м, Dкам ≈450 мм.

Длина камеры принимается: L= 6÷10 Dмак = 10·0,5 = 5 м. Длина оголовка, с учетом

условий устойчивости, прочности  и размеров его составных узлов, принимается - 8 м

Ширина – 2,4 м.

 

Проверка на незаиляемость  водоводов

Скорость движения воды в водоводе должна быть достаточной, для предотвращения

выпадения мелких наносов  в количестве ρ, кг/м3. Выполним проверку этого условия по

формуле:

ρ ≤ 0.11(1-

U

G )4,3 (

q ⋅G ⋅ D

ϑ 3 ),

где ρ – мутность воды в реке; для легких условий забора воды ρ< 0,5 кг/м3;

по заданию ρ=0.1 кг/м3;

G -гидравлическая крупность  взвеси, с учетом задания и  данных таблицы 1,

G=0,0093 м/с;

U – скорость выпадения  взвеси, U=

C

g

ϑ;

C – коэффициент в  формуле Шези, для цементного  покрытия С = 72,2 м0,5/с;

g =9,81 м/с2.

Таблица 1

Гидравлическая крупность взвешенных частиц в воде источника

Взвесь Гидравлическая крупность, Размер частиц взвеси, мм

8

мм/с

Галька крупная 1345 50 –150

мелкая 765 16 – 50

Гравий крупный 425 5 - 15

мелкий 241 1,5 - 5,0

крупный 100 1,5 - 0,5

средний 50 0,5 - 0,15

Песок

мелкий 7 0,15 - 0,05

крупный 6 0.05 - 0,10

средний 0,7 0,015 - 0,05

Ил

мелкий 0,066 0,005 - 0,015

Глина крупная 0,005 0,001 - 0,005

мелкая 0,00044 0,0005 - 0,001

Коллоидные частицы 0,000007 0,000001- 0,0005

U=

72,2

9,81

0,9= 0,039 м/с ,

ρ=0,11 (1-

0,039

0,0093 )4,3 (

9,81 0,0093 0,5