 |
2.2 Береговые водозаборы. Условия применения и их основные
|
|
|
|
2. 2 Береговые водозаборы. Условия применения и их основные
конструктивные элементы
Береговой тип водозаборов малой производительности при неблагоприятных геологических условиях у берега сооружают с раздельной компоновкой (Рис. 2. 1) При этом водоприемник соединяют самотечными линиями с водоприемным и всасывающем отделениями, а насосная станция может располагаться отдельно или вместе с ними.
Водозаборы средней и большой производительности при благоприятных геологических условиях и колебаниях уровней воды до 5 метров устраивают совмещенного типа.
Совмещенный водозабор берегового типа представляет собой железобетонный колодец, передняя стенка которого выдвинута в русло. Вода поступает через окна в ней, которые оборудуют сороудерживающими решетками для задержания плавающего мусора и крупной рыбы. Водоприемное отделение и всасывающее разделены стенкой, в окнах которой устанавливают сетки для задержания рыбной молоди и мелкого сора.
Над водоприемником устраивают павильон для очистки решеток и сеток, управления ими. С целью повышения надежности колодец разделяют на секции. Форма колодца в плане может быть круглой овальной или прямоугольной. Насосы могут быть горизонтальными, вертикальными или погружными. При этом отметка оси горизонтального насоса определяется найнизшим уровнем воды в источнике и допустимой высотой всасывания насоса. В водозаборах первой категории надежности обычно горизонтальные насосы устанавливают под залив, что облегчает запуск в Работу насосных агрегатов.
Рыбозащитные сооружения устраивают в виде элементов водопри емника или или специального устройства на водоподводящем канале. Это рыбозаградительные сетки, кассеты и пр. На затопленных водоприемниках, где меженная скорость в три раза превосходит скорость втекания воды в водоприемные отверстия, рыбозащитные мероприятия не предусматриваются. На период ската рыбной молоди решетки заменяют на сетки с малыми ячейками, которые периодически промывают обратным током воды.
|
|
|
2. 3 Русловые водозаборы. Условия применения и их
основные конструктивные элементы
Русловой тип водозаборов применяют обычно при относительно пологом береге, когда необходимые глубины находятся на значительном расстоянии от берега (Рис. 2. 1). При этом всасывающие линии устраивают самотечными. Водоприемники сооружают из железобетона. Они бывают: постоянно затопленными, затопляемыми высокими водами, незатопляемыми. Незатопляемые водоприемные оголовки называют крибами. Затопляемые трудно эксплуатировать, но они используются на судоходных и лесосплавных реках. Затопленные водоприемные оголовки могут служить только для защиты самотечных линий или образовывать водоприемную камеру, к которой присоединяют концы самотечных линий.
Самотечные водоводы сооружают из стальных, железобетонных или пластмассовых труб. Их нужно проверять на всплывание и изоляцию. В русловой части их следует защищать от истирания наносами и повреждения якорями путем заглубления под дно не менее чем на 0, 5 метра и крепления русла от размыва.
Затопленные водоприемные оголовки необходимо защищать от подмыва обтекающим потоком. Для этого устраивают соответствующее основание и укрепляют дно вокруг. Места их расположения ограждают бакенами для для защиты от повреждения судами, плотами, якорями и т. п.
В теплое время водозаборы могут интенсивно обрастать различными моллюсками: мидиями, дрейсеной, балянусом, которые затрудняют их работу. Рекомендуется обработка хлором или медным купоросом при температуре воздуха более 10 0С. Обработка производится в течение одного часа с периодичностью через два двое суток.
|
|
|
Основные типы водоприемных оголовков приведены на Рис. 2. 2. Оголовки, изображенные на Рис. 2. 2 а и б – это простейшие оголовки, применяемые на водозаборах малой производительности; Рис. 2. 2 г, д, е – на водозаборах небольшой и средней производительности, они фильтрующего типа, е – со съемными кассетами, применяют для рыбозащиты; Рис. 2. 2 ж – и - средней и большой производительности, ж – обтекаемое сооружение с двусторонним приемом воды, з – с камерами вихревого типа, и – ряжевого типа с фильтрующей засыпкой. Все рассмотренные оголовки могут промываться обратным током воды.
2. 4 Гидравлический расчет основных элементов
речных водозаборных сооружений
Гидравлический расчет элементов водозаборов заключается в расчете размеров входных окон, решеток, сеток, самотечных водоводов, насосной станции. Водоприемные окна береговых водозаборов и оголовков водозаборов руслового типа оборудуют съемными плоскими решетками для отделения из забираемой воды плавающего сора: водной растительности, листьев, тины и крупной рыбы. Они состоят из рамы и приваренных к ней стержней круглого или прямоугольного сечения. Круглые диаметром 10 - 15 мм, прямоугольные – сечением 10х(35…70) мм. Расстояние между стержнями (шаг или прозор решетки) в зависимости от условий принимают 50…100мм. При небольшой производительности он может быть уменьшен до 30мм. Решетки окрашивают гидрофобными красками. Размер решеток стандартизирован. У решеток имеется грузоподъемная петля, а над пазами, в которых они устанавливаются, сооружаю подъемный механизм.
Для осуществления ремонта перед решетками устраивают пазы для шандор или ремонтных щитов для перекрытия потока воды. В небльших сооружениях они устанавливаются вместо решеток.
Окна между водоприемным и всасывающим отделениями перекрывают сетками плоскими или вращающимися. Плоские устанавливают при производительности менее 1 м3/с. При значительном загрязнении могут устанавливаться вращающиеся сетки и при производительности менее 1 м3/с. Основная их задача – очистка воды от взвесей, прошедших через решетку, и мелкой рыбы.
|
|
|
Размеры ячеек сеток подбирают в зависимости от качества воды и требований первого очистного сооружения. Для очистки воды перед отстойниками используют сетки сечением 2х2 …5х5мм. Перед контактными осветлителями 0, 25х0, 25 …2х2мм. Стандартный ряд ячеек: 0, 25; 0, 28; 0, 315; 0, 355; 0, 400; 0, 450; 0, 500; 0, 56; 0, 63; 0, 70; 0, 80; 0, 90; 1, 0; 1, 2; 1, 4; 1, 6; 1, 8; 2, 0; 2, 2; 2, 5; 2, 8; 3, 2; 3, 5; 4, 0; 4, 5; 5, 0 мм и т. д. Диаметр проволоки – 0, 10…1, 5мм. Номинальный размер ячейки в свету определяет ее номер.
Сетка состоит из рамы, натянутой на нее подложки (опорной сетки) и фильтровальной сетки. Подложку выполняют из проволоки диаметром 2…3 мми ячейками 20х20 или 25х25мм в свету. Для улучшения маневрирования сетками перед ними устраивают еще две пары пазов. В надсеточном помещении располагают устройства для подъема и промывки плоских сеток.
Вращающиеся сетки укрепляют на плоских, подвижно соединенных звеньях шириной 250…600мм и длиной 1500 – 2000 – 3000мм. Вращаются они с помощю лент, на которых закрепляют звенья. Ленты перемещает верхний барабан, нижний – ведомый. Промывка осуществляется непрерывно или периодически с помощью ножевого спрыска. Автоматизация по перепаду напора. Сеьтки используют и для извлечения шуги и внутриводного льда.
Размеры водоприемных окон и сеточных отверстий определяют на пропуск среднего за сутки максимального потребления расхода (Qрасч) при расчетных скоростях движения воды.
Qрасч 
(2. 1)
где Qрасч - расчетный расход;
p - затраты на собственные нужды водозабора и очистных сооружений в процентах от объема воды, подаваемой потребителям, обычно 3…8 в зависимости от качества воды источника и способа ее обработки;
Wmax - объем воды, подаваемой потребителям в сутки наибольшего потребления;
t - расчетная продолжительность работы водозабора в сутки наибольшего потребления.
Тогда расход для каждой секции водозабора
(2. 2)
|
|
|
где n - количество секций.
Следует проверять расход воды в работающих секциях в момент аварии в одной из них
(2. 3)
где - ψ - коэффициент допустимого аварийного снижения подачи; в
системах коммунального водоснабжения ψ = 0, 70.
Требуемая площадь водоприемных отверстий каждой секции определяется
по формуле
(2. 4)
где 1, 25 – коэффициент, учитывающий засорение решеток или сеток;
k - коэффициент, учитывающий стеснение потока в отверстии
окна стержнями решеток;
V - рекомендуемая скорость потока в прозорах решеток или
сеток, м/с.
Значения k определяют по формуле
(2. 5)
где а - расстояние между стержнями в свету;
с - толщина стержней.
При средних и тяжелых условиях забора воды, когда не требуется устройства рыбозащитных сооружений, скорость воды в береговых незатопленных водоприемниках принимается 0, 6 м/с для средних условий и 0, 2 м/с – для тяжелых. Для затопленных она снижается до 0, 3 м/с (средних) и 0, 1 м/с (тяжелых условий забора воды).
Для водозаборов с рыбозащитными устройствами в виде устанавливаемых перед окнами заградительных сеток с ячейками 3…4мм, допустимая скорость в прозорах принимается 0, 25 м/с для рек со скоростью течения более 0, 4 м/с и равной 0, 10 м/с для рек со скоростью течения менее 0, 4 м/с и водоемов
В легких условиях забора воды из источников, имеющих рыбохозяйственное значение, расчетная скорость может быть несколько повышена (она зависит от вида рыбозаградительного устройства).
В водоприемниках фильтрующего типа расчетная скорость определяется по формуле
V=Vкр≈ 10L, (2. 6)
где Vкр - критическая скорость для рыбной молоди;
L - длина мальков рыб, м.
В этом случае 
,
где p - пористость фильтрующего материала: р = 0, 3…0, 5 для гравийно-
щебеночных засыпок.
По формуле (2. 4) определяют и необходимую площадь окон для очистных сеток. В этом случае
|
|
|
(2. 6)
где а - размер ячеек в свету, мм;
d - диаметр проволоки, мм.
Скорость в ячейках сеток принимается для плоских сеток 0, 2…0, 4 м/с, для вращающихся 0, 8…1, 2 м/с. Вращающиеся сетки применяют в средних, тяжелых и очень тяжелых условиях забора воды и при производительности водозабора более 1 м3/с. При наличии специальных рыбозащитных устройств скорость воды на входе водоприемного отверстия с сеткой принимается не более 1 м/с. Рабочую площадь водоочистных сеток определяют при расчетном минимальном уровне воды в сеточном колодце или всасывающем отделении.
Для задержания наносов нижнюю кромку окон располагают на 0, 5 м выше дна русла. Верхняя кромка окон должна находиться на 0, 2м ниже ледового покрова зимой и на 0, 3 м ниже ложбины волны.
Таким образом, высота окон выбирается меньшей из двух
Н = Ни – 0, 9hл – 0, 70
Н = Ни – hв – 0, 80,
где Н – высота окон, м;
Н – глубина воды в источнике, м;
Hл - толщина льда, м;
Hв - высота полуволны, м (определяется согласно СНиП 2. 06. 04 – 82).
Горизонтальные размеры отверстий принимают из условия их перекрытия стандартными решетками или сетками.
Рекомендуемые стандартные размеры отверстий 40ε 0х600мм, 600х800, 800х1000, 1000х1200, 1200х1400, 1260х2000, 1250х2500мм. В укзанных диапазонах размеров назначают и размеры окон для сеток.
Число отверстий принимают таким, чтобы суммарная их площадь была не менее требуемой.
В секции они располагаются в ряд на одном уровне. При большой концентрации взвесей в паводок устраивают дополнительный ряд окон, располагаемый на половине колебаний уровней воды в источнике.
Потери напора в отверстии определяют по формуле
.
(2. 7)
(2. 8)
Vкр μ
где μ - коэффициент расхода;
ω – площадь отверстия, м2;
Γ - коэффициент гидравлического сопротивления отверстия и его обо
рудования.
μ = ε φ; ε - коэффициент сжатии потока;
φ - скоростной коэффициент.
; 
- коэффициент сжатия потока между стержнями проволоками; = 0, 8 для круглой формы сечения и - 0, 7 – для прямоугольной.
где 
- коэффициент неравномерности скоростей в отверстии, прини
маемый 1, 1…1, 15;
- сумма коэффициентов местных сопротивлений в отверстии.
Для прямоугольного окна в стенке ς = (1, 2…1, 5); для решетки
k = 1, 79 для круглых стержней;
k = 2, 42 для прямоугольных пластин;
k = 1, 83 для прямоугольных пластин с закругленными кромками;
α - угол наклона решетки к горизонту.
Местное сопротивление для сеток определяют по формуле
; 
;
l – гидравлический радиус, l = A/2π N;
V – скорость движения воды через сетку; 
k – коэффициент загрязнения сетки, k = 1, 25;
ν - коэффициент кинематической вязкости воды; при температуре 100С он равен 1, 31х10-6 м2/с;
А – коэффициент живого сечения сетки, ≈ 0, 50…0, 65;
N – число проволок сетки на 10 см.
Для фильтрующих кассет
где δ – толщина кассеты, 0, 1…0, 3м;
k – коэффициент фильтрации засыпки кассеты, м/с; 
;
р – пористость загрузки;
d – средний размер частиц загрузки, м.
Нормальная работа фильтрующих кассет обеспечивается, если k не менее (0, 7…1, 2)V, где V определяется по формуле (2. 6).
Диаметр трубопроводов самотечных линий русловых водозаборов определяется из условий обеспечения в них незаиляющих скоростей движения воды. Для длинных линий она около (0, 7…1, 0) м/с, коротких – 1, 0…1, 5 м/с.
При диаметре трубопроводов менее 500мм скорость в них должны быть 0, 7…1, 0м/с в водозаборах первой категории и 1, 0…1, 5 м/с – для второй и третьей категории.
При диаметре 500 – 800мм - 1, 0…1, 4 м/с для первой категории и 1, 5…1, 9 м/с для второй и третьей.
При диаметре более 800мм скорость для трубопроводов первой категории должна быть не менее 1, 5 м/с и 2, 0м/с для второй и третьей категории надежности.
Скорость воды при промывке определяют по формуле
где с – параметр, с≈ 7, 5…10, 0;
D – диаметр водоводов, м;
δ – характерная крупность частиц отложений, мм.
При проектировании водозаборов к основному оборудованию относят: решетки, сетки, насосы, затворы и промывные устройства. Вспомогательное оборудование: гидроэлеваторы для откачки наносов из водоприемных камер, компрессоры, вакуумные и дренажные насосы, грузоподъемное оборудование, устройства обогрева решеток.
Расчетный расход водозабора определяют по формуле (2. 1). При этом принимают как минимум два рабочих и не менее одного резервных насосов. Напор определяют по формуле
,
где - Zос
Zвс
γ – коэффициент гидравлического сопротивления одной нитки водово
да, с2/м6;
l - длина водовода, м;
n – количество ниток в водоводе;
h – свободный напор при изливе из водовода, h=(0, 5 …1, 0)
Q – общая расчетная подача воды, м3/с.
Отметка осей основных насосов принимается не выше:
где - Н - допустимая вакуумметрическая высота всасывания, определяемая
по характеристике насоса в зависимости от подачи воды, м;
γ - коэффициент удельного гидравлического сопротивления всасы
вающей линии насоса, с2/м6;
l - длина всасывающей линии, м
Σ ς – сумма местных сопротивлений всасывающей линии;
ω – площадь живого сечения всасывающего трубопровода, м;
Q – подача насоса, м3/с;
V – скорость движения воды во всасывающем трубопроводе, м/с.
Расход воды на промывку сеток определяют по формуле
,
где n – число одновременно работающих промывных устройств;
μ – коэффициент расхода отверстий промывных устройств;
ω – суммарная площадь промывных отверстий, м2;
Н - напор в промывном устройстве, м.
Обычно расход промывных устройств не превышает 2% от расчетного
расхода.
Гидроэлеваторы для откачки ила подбирают по необходимому расходу и напору. Расход определяют по объему отложений взвесей, их плотности, расчетному времени откачки и концентрации взвесей в откачиваемой пульпе, Свзв.
где – Qэ - подача гидроэлеватора;
Wвзв – объем отложений взвесей;
ρ - плотность отложений;
Свзв - концентрация взвесей в откачиваемой пульпе.
Напор рабочего потока гидроэлеватора должен быть не меньше определенного по формуле
где - Нэ – напор гидроэлеватора, определяемый расчетом;
η - КПД гидроэлеватора; 0, 15…0, 25;
S - отношение площади поперечного сечения камеры смешения эле
ватора ω э к площади поперечного сечения струи рабочего потока
ω р: ω к: ω р = 2, 5…5;
m - отношение расхода откачиваемой элеватором пульпы (Qэ ) к расходу воды рабочего потока (Qр)
В случае импульсной промывки самотечных линий и воздушной обдувки решеток расход воздуха принимают 0, 1…0, 2 м3/с на 1м2 окна.
Необходимую грузоподъемность крановых устройств определяют по формуле
где Р – масса решетки или сетки в воде, кг;
f - коэффициент трения рамы в пазах (сталь по стали 0, 3, сталь по
бетону 0, 5);
h – максимально допустимый перепад уровней (для решеток 0, 5, сеток
– 0, 3), м;
Ψ – коэффициент обтекания стержней или проволок (ψ = 0, 3…0, 6 в
зависимости от размеров);
V – скорость потока на подходе к решетке или сетке, м/с;
Ω – площадь решетки или сетки, м2;
K – коэффициент запаса, k=1, 5.
Дренажные насосы обычно устанавливают два (один резервный).
Дверные проемы и люки должны иметь размеры, обеспечивающие прохождение оборудования.
Подача в течение суток изменяется не более чем в два раза, а напоры изменяются интенсивнее.
Отметка дна всасывающего отделения водозабора Zдна= Zc-D2-0, 5, где D2 – диаметр нижнего барабана вращающейся сетки; 0, 5 – высота порожка за сеткой.
|
|
|
