книги / Примеры расчета элементов речных водозаборных сооружений
..pdf(см. табл.32 [11]) к количеству рабочих и резервных насо сов, т.к. в НС 1-й категории надежности на два рабочих насоса предусматривается установка двух резервных насосов (для НС 2-й и 3-й категорий надежности на два рабочих на соса должен быть предусмотрен один резервный и тогда раз мещение насосов в колодце и их обвязка трубами будут дру
гими) |
технологической |
схемы водозабора |
должны |
Для принятой |
|||
быть выполнены: |
|
|
|
-гидравлические расчеты: определение размеров водо- |
|||
приемных окон, |
диаметров всех |
труб, рабочей |
площади |
фильтрующих сеток, характерных отметок водозаборного со оружения;
-статические |
расчеты: |
определение |
размеров оголовка |
|||
и берегового |
колодца, |
устойчивости оголовка, самотечных |
||||
труб и берегового |
колодца; |
|
около |
оголовка; |
||
-проверка на размыв дна реки |
||||||
-расчет |
промывки |
самотечных |
труб; |
|
||
-подбор |
оборудования |
(типы |
решеток, сеток,насосов, |
|||
задвижек, обратных клапанов, рулевых колонок, затворов и подъемных механизмов)
5.2. Расчетные расходы водозабора
При гидравлическом расчете поверхностного водозабора (см. п.5.93 [11,]; с.90 [12]) следует различать два рас
четных режима |
его работы: |
|
|
|
- одновре |
||
1) |
нормальный |
( эксплуатационный ) режим |
|||||
менная |
работа |
всех |
рабочих |
секций |
водозабора, |
кроме ре |
|
зервных, если |
они имеются |
(в нашем |
случае их нет); |
||||
2) |
аварийный режим - временное отключение одной из |
||||||
рабочих |
секций |
на ремонт |
или |
ревизию. |
|
||
Кроме того, при применении промывки самотечных труб обратным током воды должен быть рассчитан и этот режим
работы водозабора. |
потока по элементам водозабора |
Схемы распределения |
при различных режимах показаны на рис.7.
Размеры элементов водозаборного сооружения определяют ся применительно к эксплутационному режиму, а потери на пора и связанные с ними наименьшие отметки уровней воды в камерах берегового колодца и наибольшей допустимой отмет ки оси насосов - применительно к аварийному.
Расчетный расход воды при эксплутационном режиме может быть вычислен так:
1+о
—______ х\У
ЭЗбООхп г
21
где - полезная часовая подача водозабора (расход
воды, подаваемой на ОС) , по заданию (см. Введение) ; \йг к
5400 м3/ч;
п - количество рабочих секций (кроме резервных), в принятом к расчету варианте технологической схемы п = 2
СУ - коэффициент, учитывающий потребности водозабора в воде на собственные нужды.
Рис. 7. Эксплуатационный ( а ) , аварийные ( в, г ) и про мывной (б) режимы работы водозабора
Рекомендуется (см. с. 25 [15]) принимать СУ 0,03...О,08 в зависимости от качества воды в источнике и типов фильтрующих сеток. Меньшие значения (У принимают при слабой загрязненности воды и применении вращающихся
сеток. В нашем случае |
(при средней |
загрязненности |
воды и |
применении вращающихся |
сеток) принимаем СУ = 0 , 0 6 |
(6 %) |
|
Тогда: |
|
|
|
1+0.06 |
мэ/ с . |
|
|
|
х5400=0.795 |
|
|
3600x2 |
|
|
|
22
Расчетный расход при аварийном режиме:
|
С>эхп |
|
|
о а |
п-1 |
где |
- коэффициент, |
учитывающий допустимое времен- |
ное снижение производительности водозабора при отключении одной из рабочих секций на ремонт или ревизию.
Рекомендуется принимать для водозаборов II и III кате
горий |
надежности 1 > Т |
> 0.7, а для водозаборов I кате |
|||
гории |
Т |
= |
1 |
(см. п.5.93 |
[11]); в нашем случае (см. Введе |
ние) |
т |
= |
1 |
Тогда: |
|
0.795x2
(га “ |
2-1 |
х1 = 1.59 м3/с.
лен |
Расход воды на промывку самотечных труб будет опреде |
||||
ниже. |
|
|
|
||
|
|
5.3. Определение диаметра самотечной трубы |
|||
ка |
Диаметр самотечной трубы определяем из условия пропус |
||||
эксплуатационного расхода 0Э при скоростях, |
рекомендуе |
||||
мых |
в |
табл.14 |
СНиП |
[11]. |
зависит от |
|
В |
связи с |
тем, |
что рекомендуемая скорость |
|
диаметра самотечной трубы и от категории надежности водо
забора, |
расчет проводим |
методом подбора, |
принимая в |
пер |
|||||
вом |
приближении |
значение |
скорости |
У (1) = |
1 м/с |
(см. |
с. 90 |
||
[12]) |
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а{1)=1Л29х^2_=1.129x^5^=1.007 |
м. |
|
|
||||
|
При |
<3(1) = 1000 мм рекомендуемая скорость V = 1,5 |
м/с, |
||||||
в этом |
случае во |
втором приближении |
|
|
|
|
|||
|
|
|
с1( 2 ) = 1 .1 2 9 х ^ ^ = 0 . 8 2 2 |
м . |
|
|
|
||
бы |
Принимаем стандартный диаметр стальной самотечной тру |
||||||||
<3У=900 мм. |
|
|
в |
самотечной |
трубе |
при |
|||
|
Находим скорость потока воды |
||||||||
эксплутационном режиме работы водозабора:
23
|
Ч^=1ст.э - 274х -н2о- |
,274х |
0.795 |
м/с . |
|
|
= 1.25 |
||||
|
|
°ст |
|
0.896^ |
|
Эта |
скорость |
несколько меньше, чем |
рекомендуемая |
||
(У=1,5 |
м/с) Если |
же принять |
ближайшее меньшее значение |
||
диаметра самотечной трубы (с1у=800 мм) , то скорость потока
будет V |
= |
1,58 |
м/с |
что больше максимальной |
рекомендуе |
||||||||
мой |
(V |
= |
1,4 |
м/с) |
Поэтому |
принятый диаметр |
самотечной |
||||||
трубы не |
изменяем. |
воды в самотечной трубе Уст.э должна |
|||||||||||
|
Скорость |
потока |
|||||||||||
быть |
не |
меньше |
незаиливающей |
скорости |
величину |
кото |
|||||||
рой |
можно |
определить (см. с.23 [4); с.45 |
[15,]) для |
реч |
|||||||||
ных мутных |
вод по формуле: |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ехрхТУхдст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Унз = 0.11х(1- |
>У |
4.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.07хУсхз |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
д |
= |
|
9,81 |
м/с2 - ускорение |
свободного |
падения; |
р |
|||
- мутность |
речной воды, кг/м3 |
по |
заданию |
(см. |
п.1.1); |
р |
|||||||
= |
=1100 |
мг/л |
= |
1,1 |
кг/м3 ; йст - диаметр самотечной трубы, |
||||||||
м |
; Чст.а |
~ |
скорость |
потока воды в самотечной трубе, м/с; |
N |
||||||||
-средневзвешенная гидравлическая крупность взвешенных
наносов в речной воде, |
м/с, по заданию (см. п.2.6) диа |
|||||||||||
метр |
частиц |
взвешенных |
наносов |
<1.,, = |
0,1 |
мм. |
По |
таблицам |
||||
(см. |
табл. |
8.4 |
[6], |
табл. |
1.5 |
[15]) |
находим, что |
Ю = 6,92 |
||||
мм/с |
= 0,00692 |
м/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нз |
9.81x1.1x0.00692x0.9 = 0.95 |
м/с. |
|
|
|||||
|
|
|
0.11х(1 |
0.00692 |
4,3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0.07x1.25} |
|
|
|
|
|
||
Скорость потока воды в трубе при эксплутационном режи |
||||||||||||
ме Уст.э =1,25 |
м/с |
больше |
незаиливающей |
скорости |
Уиа=0,95 |
|||||||
м/с, |
поэтому дальнейшую |
корректировку |
диаметра |
самотеч |
||||||||
ной |
трубы |
не |
проводим |
|
(в противном |
случае |
необходимо |
|||||
уменьшить диаметр самотечной трубы до такого ближайшего стандартного диаметра, при котором будет выполнено уело-
вие ^ . э > V,,,, )
Скорость потока воды в самотечной трубе при аварийном
режиме будет |
|
|
0а.= |
1.274х |
1.59 = 2.50 м/с. |
УСТ.а=1-274* |
|
0.8962 |
аст |
|
24
Принимаем, |
что самотечная труба с1ст = |
900 мм изготовле |
||||
на из стальных электросварных труб |
(см. |
табл.1.12 |
[14]) |
|||
наружным диаметром с1и= 920 мм, внутренним |
диаметром |
= |
||||
896 мм и толщиной стенки |
5т = 12 мм |
(масса |
1 пог. м |
МСТ = |
||
272,7 кг). |
Внутренняя |
поверхность |
трубы |
(см. прил.10 |
||
[11], с.118 [4]) обрабатывается полимерцементным покрыти ем, нанесенным методом центрифугирования. Наружную защит ную изоляцию самотечной трубы принимаем весьма усиленного
типа (см. табл.15.13 [12], п.4.79 [14]) толщиной |
8 И =9 |
мм |
|
(плотность ри =1100 кг/м3).Масса |
1пог.м самотечной |
трубы с |
|
изоляцией |
|
|
|
Мст.и=Мс®+ л:хс1п х 5 и Хри = 2 6 8 , 7 + 3 , 1 4 Х |
0 , 9 2 Х 0 ,0 0 9 Х 1 1 0 0 = 3 0 1 ,3 |
к г |
|
В процессе эксплуатации водозабора возможно опорожне ние самотечной трубы в период ее ремонта или профилакти ческого осмотра, поэтому самотечную трубу следует прове рить на устойчивость к всплытию (см. с.48 [15]) Для это го вычислим коэффициент всплытия:
К = 4хМсти ВСГШ Рвхлх(с1н+2х5и)2
гдерв - плотность воды, рв = 1000 кг/м3, т.е.
К вспл |
_______ 4x301.3_______ = 0.445 |
|
1000х3.14х(0.92+2х0.009)2 |
Т.к. Кяспд = 0,445 < 1.2 , то необходимо применить при грузку самотечной трубы балластными грузами. Требуемую массу пригрузки плотностью р пр = 2400 кг/м3 (железобетон)
на пог. м длины самотечной трубы определим по формуле:
Мпригр > |
Рпр |
|
|
Рпр-1.2хрв |
|
||
^ 1000x3.14х(0.92+2х0.009)2 ш д |
2400 |
=1023 кг. |
|
4 |
Х 2400-1.2x1000 |
||
|
В тех случаях, когда в процессе эксплуатации водозабо ра опорожнение самотечных труб не предусматривается или когда возможно лишь частичное заполнение объема трубы воздухом (см. с.48 [15]), при определении массы пригрузки следует учесть массу находящейся в трубе воды.
25
Для водозаборов II и III категорий надежности в целя* уменьшения объема строительных работ вместо самотечных могут применяться сифонные трубы, которые укладываются с подъемом не менее 0,001 к самой верхней точке (см. с. 121 [4]). Наибольшее превышение сифонной трубы над ГНВ опре
деляется |
условием допустимого |
вакуума |
Нвак в |
ней: |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ьс 5 Нвак‘ (а+1^+Ъ<Т - ) х |
2х&х<4 |
• |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
с |
вак |
|
<*с |
|
|
|
|
|
|
||
где |
(X |
= 1,1 - коэффициент Кориолиса; |
|
1с - длина си |
|||||||||||
фонной трубы от оголовка до наивысшего |
сечения; |
5^ 5 ~ |
|||||||||||||
сумма |
коэффициентов |
местных |
сопротивлений |
на |
длине |
1с? |
|||||||||
X . , й с, С0с |
- |
соответственно |
коэффициент |
|
гидравлического |
||||||||||
трения, внутренний диаметр и площадь сечения |
сифонной |
||||||||||||||
трубы. |
|
|
|
вакуум в |
сифоне при температуре речной во |
||||||||||
Допускаемый |
|||||||||||||||
ды до |
25°С |
принимается |
до 0, 06-0, 07 |
МПа |
|
( Нвак = |
6-7 |
м |
|||||||
вод.ст. ) (см. с.121 [4]). |
|
|
из |
воды |
в |
верхней |
|||||||||
Количество |
воздуха, |
выделяющегося |
|||||||||||||
точке сифона, может быть вычислено так: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Овоад |
= |
• Оа / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Рв - объемная часть воздуха, выделяющегося из воды
взависимости от величины вакуума (прил. 2).
Для удаления этого количества воздуха предусматривают применение вакуум-насоса.
5.4. Расчет оголовка руслового водозаборного соору жения
По расходу водозаборного сооружения (0=1,59 м3/с) и характеристике условий забора воды из реки (средние усло вия, наличие судоходства) принимаем (см. с. 74 [16]) же лезобетонный двухсекционный оголовок (рис.8)
Оголовок состоит из прямоугольного железобетонного ящика, имеющего в плане по торцам полукруглую форму 1. Внутри оголовок диагональной перегородкой 2 разделен на две водоприемные части, каждая из которых на продольных боковых стенках имеет по четыре водоприемных окна 3 (Шо* =
4) прямоугольной |
формы. |
Сверху оголовок |
перекрыт железо |
||
бетонной крышкой |
4 с двумя люками 5. Самотечные трубы 6 |
||||
подключены к водоприемным частям оголовка через его |
тор |
||||
цы. |
Водоприемные части имеют уклон дна к самотечным |
тру |
|||
бам. |
Вокруг раструбов |
самотечных труб |
(в пределах |
полу |
|
круглой части) предусмотрена каменная засыпка 7
26
Устанавливается оголовок в специально подготовленный на дне реки котлован 8, поверхность дна которого выравни вается каменной наброской; ею же заполняются и пазухи ме жду оголовком и откосами котлована. На внешней стороне боковых стенок вдоль водоприемных окон предусмотрены на правляющие для плоских сороудерживающих решеток 9.
Внешние размеры оголовка определяются требуемыми раз
мерами водоприемных окон, диаметром |
самотечной трубы (с1у = |
||
0,9 м) и размерами ее |
раструба |
(2x2 |
м ) . |
Вычислим требуемые |
размеры |
водоприемных окон с учетом |
|
расчетного расхода и допустимой скорости втекания. Ско
рость |
втекания |
речной воды в водоприемные окна назна |
чается |
(см. п. |
5.94 [111)с учетом рыбозащиты (см. п.2.6 - |
река имеет рыбохозяйственное значение) и скорости течения
воды |
в реке |
(см. п.2.6, ’У,р.меж. |
= 1,2 |
м/с |
> 0,4 м/с) |
При |
|
скорости течения воды в реке V |
ре1СИ > |
0,4 |
м/с |
скорость |
вте |
||
кания |
воды в |
водоприемные окна |
Уит < |
0,25 м/с |
(см. п. |
5.94 |
|
[11] )
27
1-1
ю
оо
Т.к. |
скорость |
течения |
воды |
в реке |
Vр т |
= |
1,2 |
м/с > |
|||||||||||||
(3...4) |
|
|
= |
|
|
= |
(0,75...1,00) |
м/с, |
водоприемные |
окна |
|||||||||||
(см. |
с. 11 |
[4]) |
могут |
перекрываться |
сороудерживающими |
ре |
|||||||||||||||
шетками |
(в |
противном |
случае |
|
следует устанавливать |
фильт |
|||||||||||||||
рующие |
кассеты). |
|
|
|
|
|
круглого |
сечения |
диаметром |
||||||||||||
Стержни |
решеток принимаем |
||||||||||||||||||||
йс = |
10 мм, |
установленные |
с |
|
прозором С |
= |
50 |
мм |
(см. |
с. 4 |
|||||||||||
[13], |
|
[23]) |
|
Следовательно, |
|
коэффициент |
стеснения |
водо- |
|||||||||||||
приемного |
окна |
сороудерживающей |
решеткой: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
с!с+С |
|
10+50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Кст |
С |
|
|
|
50 = 1.2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь одного водоприемного окна оголовка определяет |
|||||||||||||||||||||
ся по |
формуле |
(см. п.5.95 |
[11]) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Сэ |
К |
|
|
|
0.795 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст |
=1.25-ттгтг 1.2=1.19 л/ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
По к = 125 т окхУвт |
|
|
|
4x0.25 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Принимаем |
(см. |
табл.1.1 |
|
[14]) |
размеры |
водоприемного |
|||||||||||||||
окна |
1250x1500 |
мм |
(&ок = 1,62 |
|
м2). Окно перекрывается пло |
||||||||||||||||
ской |
решеткой |
с |
внешними |
размерами |
1370x1530 |
мм |
и |
массой |
|||||||||||||
Мр = 135 кг. Фактическая скорость втекания воды в прозоры
решеток |
водоприемного |
окна: |
|
|
||
|
VВ Т |
= 1.25 |
-К |
1.25 0.795 |
1.2= 0.18 м/с |
|
|
|
ш0КхП0к |
сг |
4x1.62 |
|
|
что |
меньше |
максимально |
допустимой |
(0,25 м/с). |
||
Так |
как забор воды |
из |
реки на одну секцию 0Э = 0,795 |
|||
м3/с не превосходит 1 м3/с, а скорость входа воды в водоприемные окна Увх =0,18 м/с больше 0,1 м/с, в конструкцию затопленного водоприемника можно не вводить вихревые ка меры, (см. с. 104 [4])
Высотное положение некоторых элементов оголовка регла ментируются соответствующими требованиями нормативных до кументов: верх самотечной трубы во избежание механическо го разрушения наружной изоляции должен располагаться на
глубине не менее |
0,5 м |
под дном |
реки (см. |
п.5.104 [11]), |
||||||
а |
низ |
водоприемных |
окон |
должен |
находиться |
выше |
дна |
реки |
||
не |
менее чем |
на |
0,5 м |
(см. п.5.96 [11]) |
Остальные |
раз |
||||
меры |
(см. рис. |
8) |
назначаются конструктивно. |
|
вычислим |
|||||
|
Определим |
массу |
оголовка. Для этого сначала |
|||||||
объем отдельных его частей, изготовленных из различных материалов:
а) железобетон (Р жб = 2400 кг/м3): -крышка оголовка
29
=(6,50х2,80+3,14х1,422)х0,1 = 2,44м3
-наружные стенки
\У2 = [(2 х6,5 + 3,14 х2,8)х2,6 - 8 х1,25х1,5]х0,1 = 4,17 м 3
-перегородки
|
\У3 = [(2 ,6 x 2 ,6 |
- 2 ,0 х 2 ,0 )х 2 |
+ |
||||
|
+ |
л ] ( 6 , 5 2 2 + 2 ,6 2 2 )х 2 ,6 ]х 0 ,1 |
= 2,37 м 3 |
||||
-масса железобетонной |
части оголовка |
||||||
|
|
М жб = <2’44+ 4’17+ 2>37)х 2400 = 21552 кг> |
|||||
б) |
бетон |
(рбех= |
2200 |
кг/м3) |
|
|
|
|
-днище |
|
|
|
|
|
|
|
|
\У4 = (6,5х2,8+ 3,14 .1,422)Х0,5= 12,18 м3 |
|||||
|
-наклонное дно приемной |
камеры |
|
||||
|
|
3 |
2,6 -6,5 |
0,5 -(1,2-0,5)-2= 3,94м3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
-масса бетонной |
части оголовка |
|
|||||
|
|
М б = (12,18+ 3,94)•2200 = 35464 кг, |
|||||
в) |
каменная засыпка |
( |
= |
1700 кг/м3) |
|||
|
-объем |
засыпки |
|
|
|
|
|
\У6 |
= 3 , 1 4 |
• 1,32 |
2,6 |
- ( 2 |
2 + 3 ,1 4 |
0 ,4 5 2 ) - 0 , 5 1,2 2 |
|
= 8,23 м 3 |
|
|
|
|
|
|
|
-масса засыпки |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
КЗ = 8,23 х1700 = 13991 кг, |
||||
30