Сооружения для забора подземных и поверхностных вод

 

Размеры водоприемных окон  зависят от размеров решеток, которые предназначены  для задержания плавающих загрязнений. Требуемая площадь водоприемных окон каждой секции водозабора равна  пощади решетки:

 м²;

где 1,25 – коэффициент, учитывающий засорение отверстий;

 Q₁ – расчетный расход одной секции водозабора, м³/ с;

 К_ст – коэффициент, учитывающий стеснения отверстий стержнями решеток;

где а  – расстояние между стержнями  решеток в свету, в зависимости  от загрязненности воды источника ( a = 30…50мм); а = 40 мм.

с – толщина стержней решетки, с =6…12 мм, принимаем 8 мм:

 –средняя скорость втекания  воды в водоприемные отверстия,  м/с.

 

Эта скорость принимается в зависимости от природных условий забора воды, особенностей водоприемных устройств и требований рыбозащиты. В водотоках со скоростями течения v<0,4 м/с и на водоемах v_вт =0,3 м/с.

Потери напора в рассматриваемых отверстиях определяются:

, м

где  γ – коэффициент сопротивления решетки по расходу:

расход воды через  решетку.

, с²/м⁵

где ω – площадь окна,м²

g – ускорение свободного падения,  g = 9,81м/с²

a – расстояние между стержнями решетки, a = 40 мм;

с – диаметр  стержней решетки, с = 8 мм

=0,7- для стержней прямоугольной  формы.

ζр – сумма местных сопротивлений:

k₁ – коэффициент, учитывающий профиль сечения стержней решетки, для прямоугольного сечения k₁ =2,42

α – угол наклона решетки , для водозаборов  коммунального значения α = 90º

 с²/м⁵

 м.

 

 

 

2.4  Подбор решеток

 

Решетки устанавливаются на водоприемных окнах  водозаборных сооружений и предназначены  для задержания плавающих загрязнений. Чтобы решетки можно было очищать, их рекомендуется делать съемными. По данным размерам водоприемного окна принимаем съемную решетку размером 1260 x 1400, площадь живого сечения решетки  5,08 м².

Проверяем, подходит ли выбранная решетка:

5,08 = 1,25*1,2*0,2/V_вт;

V_вт = 0,3/ 5,08 = 0,06 ≈ 0,1 м/с

Выбранная решетка  подходит.

Расчетная глубина  потока воды в водоисточнике должна быть достаточной для того, чтобы разместить в нем водоприемные отверстия выбранных размеров.

Глубина реки в месте водозабора:

где  0,5-низ водоприемного отверстия до дна реки;

высота выбранной решетки;

K  - величина, принимаемая 0,2-0,3м;

0,2 – запас;

толщина льда, м.

 

 

2.5 Борьба с шугой

 

Различные водяные  кристаллы и их скопления в  толще воды в виде губчатой непрозрачной массы образуют водный лед, всплывая с другими формами ледниковых образований, формирует шугу (скопление  рыхлого глубинного льда в водной толще). Шуга вызывает большие отложения  при эксплуатации водозаборных сооружений. Поэтому чтобы обеспечить надежность подачи воды, для борьбы с шугой  применяем следующие меры:

- шуга не  допускается в водоприемник

- дополнительные  фильтрующие секции на время  шуги

- покрытие  стержней и решёток специальными  теплоизоляционными материалами

- устройство  плавающих запаней с погруженными  на требуемую глубину щитками

-пропускание электрического тока.

 

2.6 Очистка решёток

 

Во время  эксплуатации на решётках задерживаются  крупные плавающие загрязнения. Для их удаления применяем обратную промывку. Но кроме таких загрязнений  встречаются биологические обрастания. Для борьбы с этими обрастаниями применяем промывку горячей водой  с температурой 45-55°C, если этого не достаточно, то можно покрыть решетки специальными необрастающими красками. Но в летнее время при интенсивном обрастании моллюсками необходимо промывать водозаборное устройство хлорным или медным купоросом и обрабатывать каждые двое суток в течение часа. Для промывки вода забирается из напорной линии.

При уменьшении расхода через решетки на 25%, они  снимаются и подвергаются механической очистке.

 

 

2.7 Выбор и обоснование типа оголовка и определение его размеров

 

В данном курсовом проекте принимаем затопленный  оголовок, образующий приемную камеру, в который поступает речная вода и к которому присоединены самотечные линии. Общие причины проектирования затопленных оголовков:

1. Конструкция  и размеры оголовков должны  создавать минимальное стеснение  русла и иметь обтекаемую форму  в плане;

2. Они не  должны мешать судоходству и  лесосплаву, т.е. их нельзя располагать  в фарватере реки;

3. Должны  обеспечить забор воды при  любых уровнях и расходах в  источниках водоснабжения;

4. Оголовки  должны быть доступны для осмотра  и ремонта;

5. Иметь сигнальные  знаки;

6. Иметь минимальные  входные скорости в зависимости  от требований рыбозащиты;

7. Поверхность  дна реки у оголовка должна  укрепляться;

8. Низ и  верх входных отверстий должны  размещаться с учетом наличия  наносов и льда;

9. Входные  отверстия перекрываются решетками,  которые при необходимости должны  оборудоваться специальными приспособлениями  для борьбы с шугой.

Принимаем железобетонный раструбный защищенный оголовок с лобовым приемом воды.

1 – сороудерживающая  решетка;2 – раструб;3 – железобетонный корпус оголовка;4 – самотечный или сифонный водовод;5 – крепление русла каменной наброской.

Рисунок 1 – Железобетонный раструбный защищённый оголовок

 

 

Проверка  условия устойчивости оголовка на сдвиг.

,

где G- вес оголовка;

P_взв. - взвешивающая сила;

F- сила гидродинамического давления.

f=0,6-коэффициент трения

, кг

где Ψ=0,6-для прямоугольного в плане оголовка;

ρ_в=1000 кг/м³- плотность воды;

ω=2,5·2,1=5,25 м²- площадь поперечного сечения оголовка;

υ=1,3 м/с- скорость набегания потока на оголовок, принимаемая равной максимальной скорости течения воды в реке;

Тогда:

следовательно, условие выполняется.

 

 

2.8 Проектирование и конструирование самотечных водоводов

 

  Самотечные  водоводы служат для подачи  воды от места забора до  берегового сеточного колодца.  Их прокладываются в одну нитку  для каждой секции сооружения, в целях обеспечения бесперебойной  подачи воды. Линии выполняются  из стальных труб, уложенных горизонтально.  На участке примыкания к оголовку  трубы укладываются на прочное  основание.

 В береговой  колодец самотечные водоводы  вводят с помощью сальников,  после их прокладки дно крепится  каменной наброской.

Диаметр самотечных линий определяем в зависимости  от заданного расхода и принятого  значения расчетной скорости, которая  не должна быть сильно большой, во избежание  увеличения потерь напора, но и не должна быть сильно малой во избежание заиления линий. Для сооружения I категории эти скорости принимаются:

d≤500 мм – 0,7…1,0 м/с;

d=500-800 мм – 1,0…1,4 м/с;

d≥800 мм  – > 1,5 м/с;

Для скорости υ=1,3м/с:

,

 тогда  принимаем диаметр самотечных  линий – 700мм.

Скорость  в самотечных трубах должны быть проверена  на незаиляемость транспортируемыми наносами по формуле:

, м/с

где  А  – параметр, принимаемый равным 7,5 – 10  А = 8;

        D = 0,8 м – диаметр самотечной линии;

        d = 0,6 мм = 0,0006 м – средневзвешенный диаметр осевших частиц.

 

 м/с

 

Потери в  самотечных водоводах складываются из  потерь по длине и местных  потерь, т.е.

где - потери по длине;

Местные потери принимаем равными 10% от потерь по длине  т.е. . Таким образом получаем 

где  l = 16 м – длина самотечной линии;

                   i – гидравлический уклон, принимается по таблице Шевелёвых в зависимости от диаметра и расхода водовода.

Для диаметра D = 700 мм и расхода Q_вод = 0,98 м³/с принимаем i=10,5·10^-3

 

 

 

2.9 Рыбозащитные мероприятия 

 

Любой водозабор, являясь элементом водоснабжения, должен функционировать как природоохранное  сооружение. Поэтому рыбозащитные устройства должны быть обязательно.

Главные требования к РЗУ:

1. Должен обеспечивать гарантированный пропуск воды.
2. Эффективную РЗ.
3. Надежность функционирования.

 

РЗС предназначены для защиты рыб  от источников опасности путем предотвращения их попадания в опасные участки.

РЗ сетки устраиваются из нержавеющей  стали с отверстиями 2-4 мм и используются в береговых водоприемниках  в  виде сетчатых барабанов и стенок, которые в период нереста опускаются на водоприемное окно. Они промываются  подвижным промывным устройством, которое называется флейтой.

Также могут, устраиваются рз. фильтры из гальки, щебня; рыбоотгораживающие устройства в виде стационарных и перемещаемых донных ограждений , зонтичных оголовков и др.

Для водозаборных сооружений всех типов  размеры ячеек для жестких  сеток следует принимать 1х1 мм (для  всех), 2х2 мм – для молоди l>15мм, 4х4 – для молоди l>30мм. Плоские сетки устанавливаются на отверстия водоприемных окон с v_доп- 0.25 м/с

РЗУ могут не применять:

1. На речных затопленных водоприемниках при скорости их обтекания нижележащими потоками более чем в три раза превышающими скорость входа в водоприемное отверстие.
2. На водоприемниках фильтрационного типа.
3. На водоприемных небольших водозаборах при условии замены решеток сетками.

 

В данном курсовом проекте предусмотрена  установка рыбозащитных сеток, которые опускаются в период нереста.

 

 

 

 

2.10  Определение типа и размеров сороудерживающих сеток

 

Сетки, через  которые проходит вода, поступающая  из приемного отделения во всасывающее, могут быть двух типов – плоские(подъёмные) и вращающиеся.

При производительности менее 1 м³/с устраиваются плоские сетки. Определим площадь сетки:

                                                      

где 1,25 – коэффициент, учитывающий засорение сетки;

К_ст – коэффициент, учитывающий стеснение отверстий сетки:

                                                     

где а – размер ячейки сетки в свету a=2…5 мм,

d – диаметр проволоки сетки d=1…2 мм.

                                                      

v – рекомендуемая скорость потока в прозорах сетки между водоприёмным и всасывающим отделениями, v = 1,0 м/с

Q₁ – производительность одной секции водозабора, м³/с

                                                  , м²

 

Рабочая высота сетки:

, м

где В – рабочая ширина сетки, В = 1180 мм (стандартная решетка        шириной 1500 мм ).

м

Потери напора в сетках определяются по формуле:

, м

где  γ – коэффициент сопротивления решетки по расходу:

расход воды через  сетку.

, с²/м⁵

где ω =2,6 м² – рабочая площадь сетки

g – ускорение свободного падения,  g = 9,81 м/с²

где a – размер ячеек в свету, а = 3 мм;

d – диаметр проволоки сетки, d = 2 мм

ζс – сумма местных сопротивлений

Число Рейнольдса определяется по формуле :

где - скорость прохода воды через сетку ( 1,0 м/с);

k₃ – коэффициент, принимаемый для расчета 1,25;

А – коэффициент, принимаемый для расчета 0,6;

=1,31·10^-6 м²/с

N – число проволок на 10 см;

 

 с²/м⁵

 м.

 

  Принимаем размеры сетки: 1500 х 2000

 

 

 

2.11 Определение расчетных уровней воды в водоприемном колодце

 

1. Определим  отметку воды в приёмной камере  колодца