ПРИЛОЖЕНИЕ 18.3

Проектирование поверхностного водозабора

Задание. Для населенного пункта с числом жителей Nж = 38287 чел. запроектировать речной водозабор производительностью Qв = 11486 м3/сут (478,9 м3/ч).

Исходные данные. Расходы реки в створе водозабора:

  • - Q95% = 6,96 м3/с;
  • - Q90% = 7,96 м3/с;
  • - Q85% = 9,1м3/с.

Расчетные отметки максимальных и минимальных уровней воды в реке:

  • - УВВ= 171,0м;
  • - УНВ = 168,5 м.

Минимальная глубина у берега при низких уровнях воды - 0,5-0,8м.

Гидрогеологические условия в створе водозабора благоприятны: русло берега устойчивое, сложено аллювиальными отложениями со средней крупностью частиц D = 1,5 мм. Ледостав - устойчивый, толщина льда достигает 0,75 м. Высота волн от действия ветра достигает 0,2 м.

Скорости течения реки:

  • - минимальная - 0,25 м/с
  • - максимальная - 0,4 м/с

Качество воды в источнике характеризуется следующими показателями:

  • - мутность - 70 мг/л,
  • - цветность - 50 град.,
  • - запах - 2 балла,
  • - водородный показатель - 7,4,
  • - фитопланктон - 0,1,
  • - БПКполн - 2,7 мг О2/л,
  • - количество наносов - 0,2 кг/мЗ

Река используется преимущественно для водоснабжения и служит местом для отдыха.

Обоснование выбора источника водоснабжения и типа водозабора

Проектируемый водозабор относим ко II категории. Расчетные расходы воды в источнике для данной категории принимаем согласно табл. 5.1: Qmin= Q90% = 7,96 м3/с (28656,0 м3/час).

Проверяем возможность забора воды из источника без специальных сооружений. С этой целью определяем величину относительного водозабора:

A =
Qв
Qmin
=
478,6
28656,0
= 0,017

Так как величина А ≤ 0,25, то проектируемый водозабор из данного источника может обеспечить заданную потребность.

Производим оценку качества воды. Сравнивая показатели качества воды источника с общими требованиями для различных классов, источник можно отнести ко 2 классу.

Так как глубина реки у берега при минимальных уровнях воды незначительна, к проектированию принимаем русловой водозабор.

В соответствии с рекомендациями табл. 13 СНиПа 2.04.02-84 предусматриваем секционирование водоприемной части. Принимаем количество секций nс, равное 2.

Расчетный расход одной секцией можно определить по (5.11).

141

Qc = 
1,08 · 11486
24 · 2 · 3600
 = 0,071 м3

Водозабор должен работать, как в нормальных условиях, так и в аварийных ситуациях. Для водозабора II категории при аварии допускается снижение подачи воды на 30% от расчетного расхода. Поэтому при аварийном отключении одной из секций водозабор должен обеспечить забор воды, определяемый по формуле:

Qав = 0,7 · Qc
nc
nc - 1

Qав = 0,7 · 0,072 
2
2 - 1
 = 0,1 м3

Гидравлический расчет водозабора

Гидравлический расчет водозаборов всех типов выполняют для определения: размеров водоприемных отверстий и водоочистных сеток, диаметров трубопроводов и других элементов. Гидравлический расчет производят для нормальных и аварийных условий работы водозабора.

С учетом небольшой производительности водозабора, благоприятных геологических условий, принимаем затопленный железобетонный оголовок. На входе он оборудован фильтрующими кассетами толщиной 80 мм с заполнением их щебеночным материалом: d = 30-40 мм.

Скорость входа vвx принимаем 0,25 м/с, т.к. скорость течения реки менее 0,4 м/с; пористость материала - ρ = 0,45, обеспечивающей

К = 1/ρ = 1/0,45 = 2,2.

Тогда площадь водоприемных окон оголовка будет равна

Ωвх = 1,25 · 2,2 · (0,072/0,25) = 0,792 м2.

Исходя из рекомендованных размеров кассет, принимаем размеры водоприемных окон: 1 м по высоте; 0,8 м - по ширине. Перекрываем водоприемное окно фильтрующей кассетой размером 0,850×1,050 м. Она состоит из рамы швеллера N0 80, и двух боковых сеток с размером ячеек 25×25 мм и проволоки Ø 2,5 мм. Средний диаметр зерен загрузки 0,035 м.

Глубина реки в месте установки оголовка при принятых размерах равна (том 1, формула (5.19):

Hи = Hок + 0,9hп +0,7 = 1,0+0,9 · 0,75+0,7 = 2,375 м.

Находим коэффициент фильтрации кассеты:

Кк = 1,8ρ√d

где ρ - пористость загрузки; d - средний размер частиц загрузки, м;

Кк = 1,8 · 0,45√0,035 = 0,16 м/с.

Коэффициент сопротивления кассеты ζм определяем по формуле:

ζм = 2gδ / Kк2,

где δ - толщина фильтрующей кассеты: 0,1-0,3 м (принимаем δ = 0,1); Кк - коэффициент фильтрации загрузки кассеты, м/с.

ζм = 2 · 9,81 · 0,08 : 0,172 = 61,3.

Коэффициент гидравлического сопротивления R находим по формуле:

142

Rм
ζм 
2gω2
 ·(
Kз
Kз.р
)2

где ζм - коэффициент гидравлического сопротивления устройства по скорости потока; Кз - коэффициент возможного загрязнения устройства; Кз.р. - #коэффициент загрязнения, равный 1,25; ω - площадь живого сечения потока, м2.

Rм
67,9
2 · 9,81 · 0,7922
 ·(
1,25
1,25
)2 = 5,52 c22

vк=vвx : K · Kз = 0,25/1,25·2,2 = 0,091м/с.

Потери напора в кассетах при нормальных условиях работы водозабора:

hк = ζ к
vк2
2g
 = 67,9 ·
0,0912
2 · 9,81
 = 0,028 м

или

hк = Rк · Qс2 = 5,52 · 0,0722 = 0,028 м

При тех же условиях работы водозабора, по предельно допустимом загрязнении кассет Kз.к. = 1,5:

Rм
67,9
2 · 9,81 · 0,7922
 · (
1,5
1,25
)2 = 7,94 c22

Потери напора при этом:

hк.з = Rк.з · Qс2 = 7,17 · 0,0722 = 0,041 м

При аварийной ситуации на водозаборе работает одна секция. Тогда потери напора в незагрязненной кассете:

hк.з = Rк.з · Qс2 = 7,17 ·(
2
2 - 1
  · 0,7 · 0,072)2 = 0,058 м

Таким образом, водоприемное устройство обеспечивает необходимые условия для нормального отбора воды.

Расчет самотечных линий

Диаметр самотечных линий определяется из условия обеспечения в них незаиляющей скорости движения воды.

Для относительно длинных линий берем vдв.в = 0,7-1,0 м/с. По vдв.в и Qc принимаем диаметр трубы D = 350 мм.

Скорость воды в подобранном трубопроводе должна быть больше незаиляющей.

Скорость выпадения частиц взвеси в потоке (том 1, формула (5.21):

u = 0,07vp = 0,07 · 0,8 = 0,056 м/с,

vн.з = 3 
0,2 · 9,81 · 0,00173 · 0,350
0,11·(1 -
0,00173
0,056
)4,3

Условия выполняются 0,8 >0,23 м/с.

143

Потери напора в самотечной линии, имеющей плавный диффузный вход (прямой вход и задвижку), в нормальных условиях работы водозабора будет равняться:

hс.л. = 0,142 м.

При форсированном режиме работы:

hс.л.ав. = 0,27 м.

С учетом потерь напора в фильтрующих кассетах и самотечных линиях отметки уровня воды в водоприемном отделении водозабора:

- при незагрязненных кассетах в нормальных условиях работы водозабора:

zпр = zУНВmin - hк - hc.л. = 168,5 - 0,028 - 0,142 = 168,33 м.

Скорость воды в самотечной линии при ее промывке:

vпром ≥ 104√d · dгр = 104√0,35 · 0,01 = 2,43 м/с,

где dгр - диаметр самых крупных наносов.

Промывку линий, вследствие большой скорости, будем осуществлять способом обратной промывки. Поскольку внутренний объем самотечных линий заполняется воздухом на 60-70%, линии могут всплыть. Подъемная сила в этом случае определяется как

Pвспл = ωρвg =
3,14 · 0,352
4
· 1000 · 9,81 = 943,4 H

где ω - площадь поперечного сечения трубы d = 350 мм.

Масса стальной трубы длиной 1 м, имеющей Ø 350 мм и толщину стенок 9 мм -92,56 кг.

Сила тяжести в этом случае:

G = mg = 9,81 · 92,6 = 908,4 Н

Поскольку Pвспл < G, устойчивость самотечных линий обеспечена. Поэтому не требуются дополнительные мероприятия по закреплению самотечных линий.

Проектирование и расчет оголовка

Исходя из необходимости размещения в оголовке двух фильтрующих кассет размером 1050×850×80 мм, а так же обеспечения плавного перехода потока от входного сечения с Ωвх = 0,792 м2 к сечению самотечной линии, принимается железобетонный оголовок высотой 1,6 м, шириной 1,10 и длиной 4,20 м. Оголовок устанавливается на бетонный фундамент размером 0,5×1,10×4,20 м.

Объем оголовка за вычетом объема водоприемных окон и диффузоров:

V = 2,8 · 1,1 · 1,6 + 2 · 1,1 · 
1
2
 · 0,7 · 1,6 - 2 · l,l (0,8 + 0,07 + √0,8 - 0,07 ) · 
1
3
 = 5,348 м3,

m = V · ρог = 6,974 · 2300 = 12300,4 кг,

Gог = m · g = 16040,2 · 9,81 = 120,667 кН.

Аналогично для фундамента оголовка:

Vф = 4,2·1,1·0,5 = 2,31 м3,

mф = 2,31·2150 = 4966,5 кг,

Gф = 4966,5·9,81 = 48,72 кН.

144

ρ = 2300 кг/м2; ρф = 2150 кг/м2 в зависимости от армирования, определяется по справочной литературе.

Взвешивающая сила определяется по формуле (5.49):

Р = 9,81 · 1000 · 6,974 = 68,415 кН.

Сила гидродинамического воздействия на оголовок, согласно формулы (5.51), тома 1, равна:

F = 0,3 · 1000 · 9,81 · 1,1 · 1,6 · 
0,42
2 · 9,81
 = 42 кН.

Коэффициент запаса оголовка на сдвиг и опрокидывание, определяется по формулам (5.45-5.46) тома 1:

Kсдв
(157,354 + 48,721)· 2,4
42
 = 1,47 ≥ 1,1 - 1,4

Kопр
(157,354 + 48,721)· 2,1
42(0,5 + 0,6 · 1,6) + 52,464 · 2,10
 = 2,11 > 1,1 - 1,4

Таким образом, статическая устойчивость запроектированного оголовка обеспечена.

Скорость неразмывающего потока в реке определяется по (5.52) тома 1:

vдоп = 1,65 4
0,1 · 4,9
0,052
9,81 · 0,05(1 + 3 · 0,2
2
3
)
= 6,15 м/с

Она намного выше фактической скорости течения воды в реке (vp = 0,4м/с), поэтому условие vф ≤ vдоп выполняется.

Проектирование и расчет берегового колодца

Выбор параметров основного и вспомогательного оборудования

Параметры основных насосов находят из требуемой надежности подачи воды на очистные сооружения. При этом принимают минимум два насоса рабочих и число резервных по Q и H.

Hн = zo.c - zвс.min +
i0 lв
nв2
Qв2 + hн,

где zo.c. - отметка воды в смесителе, zo.c. = 202,5 м; zвс.min - минимальная отметка воды во всасывающем отделении; i0 - удельное гидравлическое сопротивление одной нитки водовода, с26; lв - длина водовода, м; пв - число ниток водовода; Qв - общая подача воды, м3/с; hн - свободный напор на изливе из водовода (0,5 -1 м).

zвc.min = zпp - hc= 168,33 - 0,1 = 168,23 м,

где hс - потери напора в сетке, м. Принимаем hc = 0,1 м.

Hн = 202,5 - 168,23 +
0,1483 · 14
22
· 0,143 + 0,5 = 34,247 м

Отметка осей основных насосов:

zо.н = zвс.min + Hвакдоп -(αвс · lвс
∑ζ
2gω2
)Qн2 -
vвс2
2g

145

где Hвакдоп допустимая вакуумная высота всасывания насоса принимаем по каталогу насосов;
αвс - коэффициент удельного гидравлического сопротивления всасывающих линий насоса; Lвс - длина всасывающих линий; ∑ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений; ω - площадь живого сечения всасывающей линии; Qн - подача насоса; vвc - скорость движения воды во всасывающем патрубке 1 м/с.

zo.н = 168,23 + 4,3 - (0,15 · 24 +
0,15 + 0,11 + 1
2 · 9,8 · 0,098
)· 0,1432 -
12
2 · 9,81
= 172,271м

Принимаем насос Д 500-36, N = 980 об/мин. Øр.к. 500.

Подбор гидроэлеватора

Гидроэлеваторы необходимы для откачки воды или откачивания взвесей в камере водозабора. Подбираются по производительности и напору. Производительность гидроэлеватора:

Qэл =
Wвзв · ρвзв · q
cвзв · Tот
,

где Wвзв - объем отложившейся взвеси; ρвзв - плотность взвеси; свзв - концентрация взвеси в откачиваемой пульпе; Tот - расчетное время откачки.

Принимаем сварной гидроэлеватор: Q = 36 м3/час, H = 15 м, М = 84 кг (конструкция Союзводоканалпроект).

Грузоподъемные устройства

Принимаем радиальную кран-балку, грузоподъемностью 100т, что позволяет монтировать насосные агрегаты в сборе. Для систематического подъема и опускания затворов, решеток, реагента. Ставим электрическую таль грузоподъемностью 5 т. В качестве механизма передвижения применены две приводные четырехкатковые тележки.

146

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.