5502
.pdf
где D – ширина канала, – глубина воды в канале, E – смоченный периметр;
|
|
|
|
|
|
A = F! G, |
|
|
(14) |
|||
где H – коэффициент шероховатости грунта канала, |
H = 0,025 – 0,0275 |
|||||||||||
[3, с.35]; принято H |
= 0,025. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Расчет ведется в табличной форме (табл. 2) |
|
|
||||||||||
|
|
К определению размеров лотка |
Таблица 2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D, м |
, м |
|
@, м |
E, м |
, м |
|
A, мI,J/с |
|
:, м</с ∙ 10< |
||
|
0,20 |
0,03 |
|
0,006 |
0,26 |
|
0,023 |
|
21,3 |
|
0,61 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,20 |
0,04 |
|
0,008 |
0,28 |
|
0,029 |
|
22,2 |
|
0,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,20 |
0,05 |
|
0,010 |
0,30 |
|
0,033 |
|
22,7 |
|
1,30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения глубины потока воды в в канале строится зависимость
= K(:) (рис. 3).
Рисунок 3 – К определению глубины воды в канале
По рис. 3 определяется расчетная глубина воды в канале
в = 4,4 см.
При этой глубине скорость воды в канале будет следующей
Lк = :@р = D:∙р ;
11
Lк = 1,1 ∙ 10 </(0,2 ∙ 0,044) = 0,125 м/с.
Эта скорость должна быть меньше размывающей скорости
грунта котлована:
L < Lразм,
где Lразм = 0,2 м/с для песка мелкого [3, с.199].
Условие неразмываемости выполняется, т.к.
Lк = 0,125 м/с < Lразм = 0,2 м/с.
Lразм для
(15)
На основании выполненных гидравлических расчетов назначены следу-
ющие размеры канала:
ширина D = 20 см,
глубина к = 20 см.
2.3. Расчет зумпфа
Местоположение зумпфа определено условием приема воды из каждой
ветви канала. |
|
|
|
Вместимость зумпфа Wз определяется следующим условием |
|||
|
Wз ≥ Qпр ∙ tз, |
(16) |
|
где tз – расчетное время наполнения зумпфа, tз |
≥ 5мин = 300 с. |
||
Qпр ∙ tз = 2,2 ∙ 300 = 660 ∙ 10 < м<. |
|||
Приняв зумпф в виде металлической трубы с наружным диаметром T = |
|||
1020 мм определяется его глубина hз |
|
|
|
|
hз ≥ UVзз, |
(17) |
|
где ωз – площадь поперечного сечения зумпфа: |
|
||
|
ωз = πdвн |
/4, |
(18) |
где dвн– внутренний диаметр трубы [6], dвн |
= 1004 мм |
||
ωз = 3,14 ∙ 1,004 /4 = 0,79 м , |
|||
hз ≥ |
660 ∙ 10 < |
≥ 0,83 м. |
|
0,79 |
|||
Принятая глубина зумпфа з = 1,0 м. |
|
|
|
|
12 |
|
|
Эта величина определяет переход уровней воды в зумпфе от УВ до УВmin. |
|
УВ = канала + в. |
(19) |
Отметка дна канала в зумпфе |
|
канала = К – к – C( + ), |
(20) |
канала = 3,2 − 0,2 − 0,001(60 + 90) = 2,85 м. |
|
УВ = 2,85 + 0,044 ≈ 2,90 м. |
|
УВmin = УВ – з, |
(21) |
УВmin = 2,90 − 1,0 = 1,9 м. |
|
Отметка дна зумпфа: |
|
З = УВmin – (0,6 ÷ 0,8), |
(22) |
З = 1,90 − 0,6 = 1,3 м. |
|
13
3. Проектирование водоотводящей системы
3.1. Условия проектирования
По требованиям нормативно-технических документов приняты следую-
щие условия проектирования:
а) Подача насоса должна быть больше притока воды в котлован, а именно
:нас ≥ 1,5:пр; (23) :нас = 1,5 ∙ 2,2 ∙ 10 < = 3,3 ∙ 10 < м</с;
б) Напор насоса должен быть больше расчетного; |
|
в) Скорость воды во всасывающей линии |
|
Lвс = (0,6 ÷ 1,0) м/с; |
(24) |
г) Скорость воды в напорной линии |
|
Lн = (0,8 ÷ 2,0) м/с. |
(25) |
3.2. Расчет всасывающей линии
Всасывающая линия представляет собой металлический трубопровод от зумпфа до насоса.
В начале трубопровода устанавливается защитная сетка с обратным кла-
паном. Далее трубопровод укладывается по склону котлована.
3.2.1. Диаметр трубопровода
Диаметр всасывающего трубопровода определяется следующей зависи-
мостью
|
Tвс = [V\вс, |
(26) |
||
где ωвс – живое сечение трубопровода |
]^насвс , |
|
||
|
ωвс = |
(27) |
||
где Lвс – скорость воды во всасывающей линии, принята Lвс = 0,7 м/с. |
|
|||
ωвс = 3,3 ∙ 10 </0,7 = 4,71 ∙ 10 < м , |
|
|||
Tвс = _ |
4 ∙ 4,71 ∙ 10 < |
= 0,077 м. |
|
|
3,14 |
|
|
||
|
|
14 |
|
|
Приняв стандартный внутренний диаметр по [7] Tвс = 75 мм, уточняется
скорость воды в водоводе по формуле: |
|
, |
|
|
|
|
Lвс = [∙]нас |
|
(28) |
||
|
\∙`вн |
|
|
|
|
Lвс = |
4 ∙ 3,3 ∙ 10 < |
= |
0,75 м/с. |
|
|
a ∙ 0,075 |
|
||||
Эта скорость находится в пределах допустимых скоростей.
Длина и конфигурация всасывающего трубопровода определяется гео-
метрией откоса котлована и расположением зумпфа (рис. 4).
3.2.2. Потери напора
Для определения необходимого напора и фактического вакуума вычис-
ляются потери напора на всасывающей линии. Это местные и линейные потери.
Линейные потери вычисляются по зависимости Дарси-Вейсбаха:
b = c |
|
|
|
`b ^$ , |
(2929) |
||
где c – коэффициент гидравлического трения (для ориентировочных расчетов |
|||
принимается c = (0,03 ÷ 0,04), принят c |
= 0,035. |
|
|
Местные потери определяются по следующей |
зависимости, |
||
формула Вейсбаха: |
|
d $ |
|
d = |
|
(30) |
|
|
^ , |
||
где - коэффициент местных сопротивлений, L - скорость в трубопроводе. |
|||
Вход в трубопровод с сеткой [3]. |
|
= 5,0, |
|
вх |
|
||
0,75 |
|
||
вх = 5,0 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,140 м. |
|
||
15
Обратный клапан на входном участке трубопроводакл = 2,0
кл = 2,0 ∙ 20,75∙ 9,81 = 0,057 м.
Вертикальный участок в зумпфе
вз = 0,035 ∙ 0,0751,5 ∙ 20,75∙ 9,81 = 0,020 м.
Поворот трубопровода над зумпфом на угол 90º [3, с.40]
gIº = 1,2,
пз = 1,2 20,75∙ 9,81 = 0,034 м.
Горизонтальный участок над зумпфом
гз = 0,035 ∙ 0,0750,5 ∙ 20,75∙ 9,81 = 0,007 м.
Поворот трубопровода у подножья откоса котлована на угол заложения
откоса: |
|
|
|
% = gIº (1 − cos &). |
(30) |
||
При принятом для мелкого песка l = 3, & = 18,4º |
|
||
!m,[ = 1,2 ∙ (1 − cos 18,4) = 0,11, |
|
||
|
0,75 |
|
|
по = 0,11 ∙ 2 ∙ 9,81 = 0,003 м. |
|
||
Трубопровод на откосе котлована |
|
|
|
Длина трубопровода oотк |
= p к (1 + l ), |
(312) |
|
oотк = p4,5 (1 + 3 ) = 14,2 м. |
|
||
Линейная потеря напора |
14,2 |
0,75 |
|
|
|
||
отк = 0,035 ∙ 0,075 ∙ |
2 ∙ 9,81 = 0,190 м. |
|
|
16
Поворот трубопровода на кромке откоса котлована.
Потеря напора на этом повороте будет идентична потере на повороте у
подножья откоса
пк = 0,003 м.
Горизонтальный участок трубопровода от кромки откоса до насоса
г = 0,035 ∙ 0,0751,5 ∙ 20,75∙ 9,81 = 0,020 м.
Скоростной напор |
^ = %^$ , |
|
|
|
(323) |
||
^ = |
1,0 ∙ 0,75 |
= 0,029 м ≈ 0,03 м. |
|
2 ∙ 9,81 |
|
||
По результатам расчетов строится напорная линия Е–Е и пьезометриче-
ская линия Р–Р (построение выполнено без соблюдения масштаба).
Общие потери напора на всасывающей линии
q = вх + кл + вз + пз + гз + по + отк + пк + г, (334)
q = 0,140 + 0,057 + 0,020 + 0,034 + 0,007 + 0,003 + 0,190 + 0,003 + +0,020 = 0,474 м ≈ 0,47 м.
Действующий напор во всасывающем трубопроводе |
|
вс = q + ^ , |
(345) |
вс = 0,47 + 0,03 = 0,50 м. , |
|
3.3. Расчет напорной линии
Напорная линия включает в себя трубопровод от насоса до сбросного коллектора.
Длина напорной линии зависит от места расположения коллектора. В
настоящей работе длина напорной линии принята условно – 100,0 м.
3.3.1. Диаметр трубопровода |
|
Диаметр напорного трубопровода определяется по зависимости: |
|
T = \^[]напнас , |
(356) |
17 |
|
где Lнап – скорость воды в напорном водоводе.
Принято Lнап = 1,0 м/с.
T = _43,14∙ 3,3∙∙1,010 < = 0,065 м.
Приняв стандартный внутренний диаметр Tн = 65 мм [6], реальная ско-
рость воды в водоводе остается без изменения.
3.3.2. Потери напора
Потери напора в напорном (нагнетательном) водоводе рассматриваются в
виде одной потери по длине |
100 |
1,0 |
|
|
= 2,74 м. |
||
q = b = 0,035 ∙ 0,065 |
∙ 2 ∙ 9,81 |
||
На рис. 4 строится пьезометрическая линия Р–Р.
Действующий напор в нагнетательном трубопроводе
н = q (367)
н = 2,74 м.
18
19
Рисунок 4 – Потери напора в системе
4. Подбор марки насоса
Подбор марки насоса осуществляется по производительности подачи,
напору и вакууму.
Производительность – расход жидкости, подаваемый насосом (23)
:нас = 3,3 ∙ 10 < м</с = 11,9 м</час.
Напор насоса (расчетный). |
= вс + вс + н, |
|
|
|
(378) |
||
где вс – требуемая высота всасывания - вертикальное расстояние от мини- |
|||
мального уровня воды в зумпфе до горизонтальной оси насоса, |
|
||
вс = Оси насоса − УВvdF |
(389) |
||
вс = 8,30 − 1,90 = 6,40 м |
|
||
нас = 0,50 + 6,40 + 2,74 = 9,64 м |
|
||
По расчетной производительности |
:нас = 11,9 м</час и |
напору |
|
нас = 9,64 м осуществляется предварительный подбор насоса [5]. |
|
||
Насос – КМ 50-32-125/2-5 |
|
|
|
со следующими техническими характеристиками |
|
||
:нас = 12,5 часмw ; нас = 20 м; ∆ доп = 2,5 м. |
|
Подобранный насос проверяется на вакуум по следующему критерию |
|
вс ≤ всдоп |
(40) |
где всдоп – допустимая высота всасывания, при которой обеспечивается |
|
бескавитационный режим работы насоса |
|
всдоп = вакдоп − (q + ^) |
(41) |
где вакдоп – допускаемая высота вакуума, назначается из паспорта насоса или |
|
определяется по зависимости |
|
вакдоп = {|атм$ − }{|нп$ + ∆ доп~, |
(392) |
где {|атм$ = !III∙g,m!g,m!∙!I• = 10,0 м |
|
€нп – давление насыщенных паров при • = 20 , €нп = 2340 Па. |
|
20