4.5. Гидравлические расчеты водозаборных сооружений

Гидравлические расчеты водозаборных сооружений выполняются применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Гидравлические расчеты по определению размеров водоприемных отверстий, водоочистных сеток, диаметров водоводов и других элементов водозаборов выполняются для нормальных условий эксплуатации, а расчеты потерь напора, уровней воды в береговом сеточном колодце и допускаемой наивысшей отметки оси насосов - применительно к аварийному режиму эксплуатации сооружений.

Расчетный расход воды в одной секции водозабора.

Для нормальных условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где   n – число секций водозабора;

и для аварийных условий:

где   Р - допускаемое уменьшение подачи воды в аварийном режиме, принимается для системы водоснабжения I категории подачи воды - 30% [1, п.4.4];

Площадь водоприемных отверстий (брутто) одной секции водозабора (оборудованной решетками) определяется по формуле:

где   Qр – расчетный расход одной секции, м3/с;

vвт – средняя скорость втекания в водоприемные отверстия с учетом требований для рыбозащиты принимается: для русловых затопленных водоприемников vвт = 0,2 м/с, для рек со скоростями не менее 0,4 м/с, [1, п.5.94];

ηст - коэффициент стеснения площади водоприемного отверстия стержнями сороудерживающей решетки, определяется по формуле:

ηст = а / (а+d)=50/(50+6)=0,89

где   d – толщина стержней, 6 мм;

а – расстояние между стержнями, 50 см;

ηз - коэффициент засорения решетки, 0,8;

Для принятого размера водоприемного отверстия число отверстий (количество решеток) в каждой секции берем –4.

Согласно [11, прил.1, табл. п 1.1], принимается характеристика сороудерживающих решеток:

·        размеры водоприемных отверстий:

ширина - b = 600 мм;

высота - h = 800 мм;

·        внутренние размеры рам решеток соответствуют размерам водоприемных отверстий;

·        размеры рам решеток по наружному обмеру:

ширина - 700 мм;

высота - 900 мм;

Скорость втекания воды в водоприемное отверстие определяется по формуле:

Площадь водоочистных сеток, располагаемых под наинизшим расчетным уровнем воды в береговом сеточном колодце, определяется для плоских сеток по формуле:

где   Qр – расчетный расход одной секции, м3/с;

vвт –допускаемая скорость течения воды в ячейках сеток: для плоских сеток принимается:  Vc = 0,3 м/с [4, п.2.10];

ηст-коэффициент стеснения отверстия проволокой сетки, определяемый по формуле:

ηст = а2/(а+d)2=3,52/(3,5+1)2=0,6

где,  а – расстояние между проволоками сетки в свету, 3,5 мм;

d – диаметр проволоки, 1 мм;

Согласно [4, прил.1, табл.П1.2] принимается две плоских водоочистных сеток:

·        с размерами: ширина - 1250 мм;

высота - 1500 мм.

При выбранных размерах сетки расчетная скорость течения воды в сетке определяется по формуле:

Глубина погружения сеточного полотна под расчетный уровень воды определяется по формуле:

При всех уровнях волы в колодце, больших минимального, процеживание воды будет происходить через большую площадь сетки и с меньшей скоростью течения воды через нее. Вследствие этого повышается сороизвлекающая способность сеток и обеспечивается лучшая очистка воды.

Потери напора в плоских сетках согласно [4, п.2.10] принимаются:    hc = 0,15 м.

Уровень воды в береговом колодце пеерд сеткой и после нее определяется по формуле:

А/ = Мин УВ – Σh1-2 = 72,5-0,33=72,15м

        В/ = А/ - hс =72,15-0,15= 72,0 м

где   Мин УВ – минимальный расчетный уровень воды в реке;

Σh1-2 – сумма потерь напора при течении воды от 1 до 2 сечения – от водоприемника до водоочистной сетки;

Σh1-2 = hр+hв+hсам+Σhм.с =0,05+0,08+0,15+0,06=0,33м

где   hр – потери напора в решетке, 0,05м;

hв – потери напора в водоприемнике, 0,08м;

hсам – потери напора в самотечном водоводе, м;

Σhм.с – потери напора  в местных сопративлениях водовода:

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,1 - для тройника на протоке;

0,05 – для полностью открытой задвижки;

1,0 - при вытекании воды под уровень;

q - ускорение свободного падения, м/с;

hс – по эксплутационным данным для плоских сеток , 0,15 м;

Отметку днища берегового колодца определяем по формуле:

Дн = А/ - Нс – hп = 72,15-0,84-0,5=70,81м;

Дн = В/ - h1 – h2 – h3 = 72-1,2-0,6-0,65=69,55м;

Принято Дн = 69,5 м

где   Нс – высота сетки;

hп – глубина приямка для сбора осадка, 0,5 м;

h1 – допускаемое погружение отверстия всасывающего водовода, определяется: 1,5*Dв = 1,5*0,78=1,2 м,

Dв – диаметр отверстия воронки всасывающего водовода диаметром dвс:

                             Dв = 1,3* dвс = 1,3*600=0,78 м;

h2 – расстояние от низа воронки до дна, принимается:                     h2 = 0,8* Dв=0,8*0,78=0,6 м;

h3 – высота слоя бетона для образования приямка и откосов для сползания осадка к приямку, принимается:

h3 = hп +0,15=0,5+0,15=0,65 м;

Расчет водоводов ( самотечных, всасывающих и напорных) выполняется применительно к нормальным и аварийным условиям эксплуатации.

Диаметр водоводов принимается по [3] при расчетном расходе воды в одной секции водозабора для нормальных условий эксплуатации:

                                      Qр = 0,27 м3/с;               D = 600 мм.

Скорости течения воды в водоводах при нормальных условиях эксплуатации принимаются по [4, табл.2.5]: 1,02 м/с - в самотечных водоводах и 1,29 м/с - во всасывающих.

Принятый диаметр самотечных труб проверяем на незаиляемость транспортируемыми по водоводу мелкими наносами, по формуле:

где, v – средняя скорость течения воды в водоводе, м/с;

v* - динамическая скорость, принимается:

v* = 0,007*v = 0,007*1,02=0,0714 м/с;

А – параметр, принимаемый 9;

d – средневзвешанный диаметр наносов, 25мм;

ρ – средняя мутность воды в период половодья, 1,3 кг/м3;

ω – гидравлическая крупность, 11,6 мм/с;

Потери напора в водоводах (по длине) определяются по формуле:

h = i * L

где, i - пьезометрический уклон, определяемый согласно [3];

L - длина водовода, м;

Потери напора в самоточном водоводе (по длине) равны:  

  h = 0,00209 * 72 = 0,15 м

Потери напора во всасывающем водоводе (по длине) равны:

hвс = 0,00421* 19 = 0,08 м

Наивысшая допустимая отметка оси насоса определяется по формуле:

ОН=Мин УВ+(10-∆hg)-∑hп-v2/2g =72,5+(10-5)-0,52-0,4=76,58 м

где, Мин УВ - отметка миним. расчетного уровня воды в реке, м;

10-∆hg – приведенная высота атмосферного давления и допустимый кавитационный запас насоса, м;

Shп – сумма потерь напора при движении воды в сооружениях от водоприемных отверстий до насоса при аварийных условиях эксплуатации (т.е. потери напора в решетке, водоприемнике, самоточном водоводе, на местных сопротивлениях водовода, в сетке, во всасывающем водоводе, на местных сопротивлениях всасывающего водовода), м;

V2/2q - скоростной напор во всасывающем патрубке насоса:

V2/2q = 2,782/2*9,81 = 4м

Потери напора на местных сопротивлениях во всасывающем водоводе определяются по формуле:

ζ - коэффициент местных сопротивлений, равный [4, прил.3]:

0,5 – для колена;

0,4 – длявходной воронки;

0,4 – для перехода;

0,05 - для полностью открытой задвижки;

Shп = Σh1-2 + hвс+ Σhм.с=0,33+0,08+0,11 =0,52м

Принимаем ось насоса на отметке 76,5 м.

Неразмывавающая скорость течения воды при проверке неразмываемости дна и определении крупности камня для крепления определяем по формуле:

где, d0 – средневзвешанный диаметр отложений дна русла или каменного крепления, 0,3 мм;

H – глубина потока, м;

4.6. Описание конструктивных решений

Двухсекционный водоприемник с двусторонним втеканием воды имеет в плане удобообтекаемую форму. Корпус водоприемника выполнен сварным из машиностроительной стали. Самотечные водоводы проходят через водоприемник и заглушены с внешней стороны. Заглушки могут быть сняты для очистки самоточных водоводов. К самотечным водоводам присоединены вертикальные стояки, заглушенные в верху.

Водоприемные отверстия размером 0,6 х 0,8 м по четыре в каждой секции расположены с обоих сторон водоприемника и соединены со стоками косыми сужающимися коробами. Форма коробов за отверстиями обеспечивает плавное движение воды с непрерывным увеличением скоростей течения.

Глава 5. Очистные сооружения

5.1.Выбор схемы и состава очистных сооружений

Сравнивая показатели качества воды источника с требованиями          ГОСТ 2874-82 показывает, что она не удовлетворяет этим требованиям по цветности и мутности.

Осветление и обесцвечивания воды производится коагулированием, в качестве реагента применяется сернокислый алюминий Al2(SO4)3 .Этот процесс предусматривает реагентное хозяйство, а также смесители.

Для снижения интенсивности запаха и вкуса предусматривается предварительное хлорирование (если больше 2 баллов)

Для обеззараживания воды также применяется хлорирование (вторичное), которое осуществляется перед поступлением воды в резервуары чистой воды.

Учитывая состав воды и производительность станции в качестве основных сооружений принимаем горизонтальные отстойники и скорые фильтры.

5.2. Определение расчетной производительности очистной станции

Производительность очистной станции определяется по формуле:

Qоч.соор. мах= α*(Qмах.сут+Qдоп )=1,15*(42421+1458)= 50242 м3/сут

где, α –коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужны станции  и зависящий в основном от промывки фильтров. Принимаем равным 1,15 при повторном использовании промывной воды в размере 10% от расхода воды, подаваемой потребителям, и при сборе концентрированной мутной воды в размере 5% [1,п.6.6]

Qдоп –расход воды на трехчасовое тушение пожара, определен в главе 5 и равен 1458 м3/сут;

5.3. Расчет сооружений реагентного хозяйства

Употребляемые при обработке воды реагенты вводятся в виде порошков или гранул (сухое дозирование) либо в виде водных растворов или суспензий (мокрое дозирование). Оба способа дозирования требуют организации на водоочистном комплексе реагентного хозяйства.

Реагентный блок разработан на два основных реагента: коагулянта и флокулянта. Хлорирование воды обеспечивается подачей хлорной воды от отдельно стоящей хлораторной.

Отделение коагулянта запроектировано в составе: баков растворных и расходных., насосов – дозаторов, а также воздуходувкой. Под растворными баками предусмотрены поддоны, что позволяет осуществлять контроль за утечками раствора – коагулянта из баков. В растворных баках концентрацию раствора коагулянта следует принимать до 20 %, а в расходных баках – 10-12%.

Внутренняя поверхность баков покрывается специальной изоляцией.

Отделение ПАА состоит из склада и помещения для приготовления раствора ПАА определенной концентрацией.

Для расчетов сооружений реагентного хозяйства необходимо определить дозы применяемых реагентов. В качестве коагулянтов, для устранения  повышенной цветности и мутности, используют сернокислый алюминий.

Доза коагулянта:

где,  Ц – цветность исходной ходы, 60 град

В соответствии [1.табл.16] дозу реагента берем мах, при этом учитывая нашу мутность воды:

                                        Дк = 40 мг/л

Для улучшения хлопьеобразования при недостаточной щелочности исходной воды проводят подщелачивание воды (в качестве коагулянта используют сернокислый алюминий, а для ускорения процесса добавляем гашеную известь). Дозу подщелачивания определяем по формуле:

где : ек – эквивалентный вес безводного коагулянта; для сернокислого     алюминия он равен 57;

Щ0 –   щелочность исходной воды (карбонатная жесткость),мг-экв/л;

Кщ -     коэффициент для извести = 28;

Если Дщ < 0 ,  то не производим подщелачивание.

Для улучшения осветления и обесцвечивания воды используется флокулянт полиакриламид (ПАА) = ДПАА = 0.5 мг/л Дозу флокулянтов следует принимать в соответствии [1.табл.16]  

Для интефикации хода коагуляциии обесвечивания, а также для улучшения санитарного состояния сооружений рекомендуется проводить первичное хлорирование воды. Доза хлора для первичного хлорирования принимаем 3 –10 мг/л. Коагулянт вводят после первичного хлорирования, ПАА через 2 – 3 мин. после коагулянта.

5.4.Расчет отделения коагулянта

6.4.1. Сухое хранение коагулянта

Для хранения реагентов в сухом виде предусматривают закрытые помещения на первом этаже вблизи от растворных баков. При хранении навалом сульфата алюминия и негашеной извести высоту слоя принимают соответственно 1,5 –2 м, а при наличии соответствующей механизации допускается увеличение высоты слоя до 2,5 –3,5 м. Площадь склада коагулянта определяем на 30 суточное хранение.

Площадь склада:

где   k – коэффициент, учитывающий расширение площади за счет проходов, 1,2;

P -  суточная потребность в реагенте, т/сут;

где    Д – доза реагента, 40 мг/л;

Qсут.пол – расчетная производительность станции , 40529 м3/сут

в – процентное содержание чистого продукта в техническом реагенте для глинозема очищенного 42 %;

T – время хранения коагулянта , 30 суток;

h – высота слоя коагулянта, 2 м;

γ – объемный вес коагулянта, 1 т/м3;

Размер склада в плане принимаем 8 x 9 м2 (при высоте слоя коагулянта 2,1 м)

Проверим площадь склада на возможность доставки коагулянта на очистные сооружения большегрузными 60-тонными железнодорожными вагонами. Принимаем: грузоподъемность вагона G = 6т; число одновременно прибывших вагонов N = 1; время, на которое необходимо иметь запас реагента на складе к моменту поступления новой партии, Т0 = 10 сут

где  G–грузоподъемность большегрузного железнодорожного вагона, 60т;

N – количество одновременно прибывающих вагонов,1;

T – время на которое необходимо иметь запас реагента на складе, к моменту поступления новой партии, принимаемое равным 10 сут. при доставке железнодорожными вагонами;

Принимаемая площадь склада удовлетворяет требованиям приема большегрузного вагона.

По мере необходимости коагулянт со склада подается в растворные баки, где получается 20% раствор. После 4-5 часового отстаивания раствор перепускают в расходные баки, где он разбавляется до концентрации 10-12%. Емкость растворных баков:

где   qчас – часовая производительность станции, 1689 м3/ч;

n – время полного циклаприготавления раствора коагулянта    10-12 ч ;

враст  - концентрация раствора коагулянта, 20%;

Площадь растворного бака:

где  h – высота слоя раствора, 1 м

Принимаем 3 растворных бака, каждый емкостью 3,4 м3 . Высота слоя раствора h = 1 м, в плане 1,7х 2 м2.

Емкость расходных (рабочих) баков:

где   Wрасх – емкость расходного бака;

Wраст – емкость растворного бака;

враст – концентрация раствора коагулянта в растворном баке, 20%;

врасх - концентрация раствора коагулянта в расходном баке,       10-12%;

Площадь расходного бака:

где   h - высота слоя раствора , 17-2 м;

Принимаем 2 расходных бака, каждый емкостью 6,8 м3. Высота слоя раствора 2 м, размер в плане 2 х 1,7 м2.

Количество растворных баков не менее трех и расходных баков не менее двух. Высотное расположение их должно обеспечить самотечный перелив растворов из растворных в расходные баки. Баки изготавливаются из монолитного или сборного железобетона. Растворные баки в нижней части проектируем с наклонными стенками под углом 150 к горизонтали для очищенного коагулянта. Для опорожнения баков и сброса осадка принимаем трубопровод диаметром не менее 150 мм

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17