Гидравлические расчеты водозаборов

Гидравлические расчеты производятся для двух условий работы водозабора: 1) нормальных, когда работают все секции, кроме резервных;

2) аварийных или чрезвычайных, когда одна из секций выключена на ремонт или очистку, и весь расход воды проходит через другую секцию или через остальные (при нескольких секциях).

В расчетах для нормальных условий работы водозабора определяются: а) площади водоприемных отверстий (решеток) и водоочистных сеток (плоских или вращающихся), диаметры трубопроводов и размеры других элементов водоприемников в зависимости от их конструкции (входных камер, водоприемного фильтра); б) потери напора в элементах водозабора, отметки уровней воды в отделениях берегового водоприемника или колодца.

Для аварийных условий определяются потери напора в элементах водозабора, отметки низших уровней воды в отделениях и высшая отметка оси насосов. Формулы для гид­равлических расчетов водозаборов приведены в [2].

Ниже приводятся основные рекомендации по расчетам устройств водозаборов.

Водоприемные отверстия. К ним относятся входные окна с решетками, фильтры и вихревые камеры.

Решетки. При определении площади решеток [2] расстояние между стержнями решетки в свету принимается 5-10 см в труднодоступных отверстиях и 5 см во всех других случаях, толщина стержней из полосовой стали - 0,6 см. Скорость втекания воды u (м/с) в водоприемные отверстия с учетом требований рыбозащиты (или без учета их) определяется по данным [2].

На шугоносных реках для борьбы с обмерзанием стержни решеток выполняются из гидрофобных материалов или покрываются резиной. В тяжелых случаях применяют решетки с электрообогревом. Потребная мощность генератора постоянного тока для электрообогрева определяется по [2, (3.15)].

Выбор размеров решеток соответственно вычисленной площади производится при конструировании водоприемника в зависимости от глубины реки в месте забора воды с использованием данных [2, п. 2.6].

Усилие, необходимое для подъема решетки грузоподъемными устройствами, рассчитывается по [2, (6.7)]. Таль для подъема решеток (сеток) в колодцах подбирается по справочнику А. С. Москвитина.

Водоприемные фильтры и фильтрующие кассеты. Площадь фильтров и кассет, потеря напора в них определяется по формулам, размеры назначаются при конструировании водоприемников.

Проверка неразмываемости дна или его каменного крепления. Для защиты водоприемника от подмыва обтекающим потоком проверка выполняется по [2, (2.28)], где величина мутности r от руслоформирующих фракций должна быть задана или определена по формуле (2.29)

Плоские съемные или вращающиеся сетки. Выбор типа сеток производится в соответствии с рекомендациями [2, п. 2.6]. Площадь сеток определяется по [2, (2.6)], где принимаются для плоских съемных сеток: а - размер ячейки в свету 0,2; 0,35 и 0,45 см, с - толщина проволоки 0,1; 0,12 см; для вращающихся: а = 0,2; 0,3 см; u - скорость течения воды в сетках (не являющихся рыбозаградительными) принимается 0,2-0,4 м/с для плоских и 0,8-1,2 м/с - для вращающихся.

Размеры плоских съемных сеток подбираются по [2 с. 56]. Усилие, необходимое для подъема сетки, рассчитывается по [2, (6.7)].

Самотечные водоводы. Количество водоводов должно быть не менее двух. Если самотечные линии прокладываются в осушенном (с водоотливом) котловане водозабора, их выполняют из железобетонных, чугунных, асбестоцементных труб или в виде железобетонных галерей. В случае укладки самотечных водоводов путем опускания под воду применяют стальные трубы с весьма усиленной изоляцией.

Диаметр самотечных труб определяется по скорости движения воды в них (0,7-1,5 м/с) и расходу при нормальном режиме работы водозабора. Большие величины скоростей принимают при больших расходах и значительном количестве наносов, а также при малой длине труб. Достаточность принятой величины скорости проверяется по двум условиям: 1) незаиляемости самотечных труб и 2) подвижности захватываемых в трубу влекомых наносов - по [2, (2.11), (2.13)].

Расчетный расход для промывки самотечных водоводов определяется по требуемой величине скорости u_пр для размыва отложений в трубах.

Диаметр трубы для подвода промывной воды от насосной станции к самотечным линиям назначается по наибольшему потребному расходу (для очистки труб или решеток) и скорости 2-3 м/с.

Сифонные водоводы (см. рис. 4). Количество их принимается не менее двух. Водоводы обычно выполняются из стальных труб.

Расчет сифона сводится к определению диаметра водоводов, высоты сифона, потерь напора в восходящей и нисходящей ветвях и производительности вакуум-насоса.

Диаметр водоводов назначается по скорости движения воды в них (0,7-1,2 м/с) и расходу при нормальном режиме работы водозабора.

Наибольшая величина вакуума должна создаваться в верхней точке сифона, в которой устанавливается воздухосборник, соединенный с вакуум-насосом. Допускаемый вакуум в высшей точке сифона для воды с температурой до 25° С принимается 60-70 кПа (6-7 м вод. ст.). При этом условии допускаемая высота сифона, равная разности отметок, его верхней точки и ЛНУВ (летний наинизший уровень воды), определяется при аварийном режиме по формуле

,

где - потери напора по длине сифона от руслового водоприемника до воздухосборника, м; Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений в сифоне; u - скорость движения воды в сифонном водоводе при аварийном режиме, м/с; h_с - потери напора в восходящей ветви сифона, м.

Общая потеря напора в сифонном водоводе и водоприемнике

h = h_в + h_н + h_реш, м,

где h_н - потери напора по длине и местные в нисходящей ветви сифона, м; h_реш - потери напора в решетке, м.

Определение h производится для условий нормального и аварийного режима работы водозабора.

Всасывающие трубы. Количество всасывающих линий на насосных станциях I и II категорий, независимо от количества групп насосов, включая пожарные, должно быть не менее двух. При установке крупных насосных агрегатов число всасывающих труб принимается равным числу насосов.

В случае выключения одной линии (аварийный режим) остальные рассчитываются на пропуск полного расчетного расхода для насосных станций I и II категории и 70 % расчетного расхода для III категории надежности.

Диаметр всасывающих линий определяется по расчетному расходу при нормальном режиме работы водозабора и скорости движения воды в трубах 1,2-2,0 м/с (большие скорости принимаются для коротких труб).

Отметки расчетных уровней воды в береговом водоприемнике или колодце. Определяются по формулам:

а) в приемном отделении при нормальном режиме

, м,

, м,

где Z_вув, Z_лнув или Z_знув - максимальный и минимальный уровни воды в реке при расчетной обеспеченности; åh - общие потери напора в водоприемных устройствах, м.

Для береговых водоприемников åh равны потере напора в решетке h_p = 0,05 м.

Для русловых водозаборов

, м,

где åh_В- потери напора в элементах (кроме решеток) затопленных водоприемников (в щелевых или открытых вихревых камерах, водоприемном фильтре и т. п.), которые определяются по данным [4]; - общие потери напора по длине и местные в самотечных или сифонных водоводах на участке от входа воды в водовод до выхода в колодец. Здесь (м) определяется по таблице А. Ф. Шевелева;

,

где u - скорость в водоводах при нормальном режиме; Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений, величины которых принимаются по [4];

при аварийном режиме в береговых водоприемниках и будут такими же, как при нормальном режиме, т. е. м.

В русловых водоприемниках при определении и потери напора , , вычисляются в зависимости от расчетных скоростей движения воды при аварийном режиме;

б) во всасывающем отделении отметки уровней воды будут меньше, чем в приемном, на величину потерь напора в сетке hc, которая принимается для нормального режима 0,1 м, для аварийного ( ) 0,15-0,20 м. Тогда:

при нормальном режиме (м)

,

,

при аварийном режиме (м)

,

.

Отметка оси насоса (м) вычисляется по формуле

,

где - допустимая высота всасывания насосов, принимаемая по каталогу; - общие потери напора (по длине и местные) во всасывающем трубопроводе; - скоростной напор во всасывающем патрубке насоса.