Гидравлические расчеты водоприемников

6. Гидравлические расчеты водоприемников

6.1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ВОДОПРИЕМНИКОВ

Гидравлические расчеты водоприемников выполняют для определения:

гидравлических характеристик режима работы;

размеров водоприемных отверстий, диаметров самотечных или сифонных водоводов и других конструктивных элементов;

потерь напора в водоприемнике и подводящей системе водоводов;

наивысшей отметки оси насосов;

Рекомендуемые материалы

степени неравномерности отбора воды.

Гидравлические расчеты производят для нормальных и особых условий эксплуатации водозаборов, в том числе и затопленных водоприемников.

Под нормальными условиями подразумевается одновременная работа всех секций водозабора, кроме резервных.

При особых условиях эксплуатации одна из двух секций предполагается выключенной, на водозаборах I категории проходит весь расчетный расход забираемой воды, а на II и III проходит 70 % по другой секции при минимально возможном уровне воды в источнике.

Размеры элементов водозабора определяют применительно к нормальным условиям работы, а расчеты потерь напора и наивысшей допустимой отметки оси насосов, наоборот, выполняют применительно к особым условиям.

Размеры водоприемных окон или щелей следует определять по среднему удельному расходу или скорости втекания воды в водоприемные отверстия (в свету), сороудерживающие решетки, сетки или в поры фильтров с учетом требований рыбозащиты.

2. РАСЧЕТЫ ВОДОПРИЕМНИКОВ

6.2.1. Определение площади водоприемных отверстий

Площадь водоприемных отверстий W_бр, м², определяют при одновременной работе всех секций водозабора (кроме резервных) по формуле

W_бр = l,25(Q_p/u)K,                                                                   

где u - скорость втекания в водоприемные отверстия, м/с, отнесенная к их сечению в свету; 1,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий; Q_p - расчетный расход одной секции, м³/с; K - коэффициент, учитывающий стеснения отверстий стержнями решеток или сеток, принимаемый:

для решеток K = (а+с)/а,

для сеток  K = ((а+с)/а)²,

где а - расстояние между стержнями в свету, см; с - толщина стержней, см.

В водоприемниках с фильтрующими кассетами или фильтром площадь водоприемных отверстий следует определять при значениях коэффициента K = 1/р, где р - пористость фильтра, принимаемая для гравийно-щебеночных фильтров 0,3-0,5, пороэластовых 0,25-0,35, керамзитовых - 0,3-0,45, полиэтиленовых - 0,4-0,5, керамзитобетонных - 0,2-0,4.

6.2.2. Расчет диаметров водоводов

Расчет диаметров водоводов производится по величинам допускаемых скоростей в условиях нормального режима работы водозабора и выполняется по формуле

где Q_p - расчетный расход одной секции, м³/с; u_p - расчетная скорость, м/с.

При расчетах диаметров водоводов для других типов водоприемников в расчетную формулу вводят соответствующие коэффициенты.

Так, наибольший диаметр камеры вихревой конической или цилиндрической определяют по формуле

,

где u_m принимают несколько меньше расчетной скорости в водоводе.

Диаметр тупикового торца камеры находится либо заданным углом конусности в пределах 0-5° для конических и пирамидальных камер, либо из соотношения

d₀ ³ 0,6d_m.

Длина камеры связана с наибольшим диаметром

l £ (6 - 10)d_m.

В общем случае средние скорости во входной щели определяют по формуле

u_щ = (1,00 - 1,15) u_m » u_с,

а необходимую площадь щели по формуле

w_щ = `h_щl = Q_в/u₀ = Q_в/115u_m » Q_в/u_c,

где u_c - скорость в самотечной трубе.

Используя формулу для определения площади щели можно получить среднюю высоту щели по длине всей вихревой камеры. В пирамидальных, конических и цилиндрических камерах она непостоянна, ее величина уменьшается от заглушенного торца в сторону самотечного водовода:

пирамидальной с углом конусности b = 5°15¢;

конической b = 4°15¢;

цилиндрической b = 0°;

В телескопических вихревых камерах величина щели постоянной высоты определяется по формуле

,

Диаметры остальных звеньев вихревой камеры получают из условия

,

где l_i - длина вышележащего участка щели.

При этом во всех случаях, когда щель устраивается прерывистой (например, за счет установки струенаправляющих диафрагм в местах переходов от одного диаметра к другому конструктивно и пр.), за ее длину принимается только суммарная длина в свету.

Расчет комбинированных водоприемников зависит от их типа и производится по ранее приведенным методикам отдельно каждого водоприемника.

6.2.3. Определение потерь напора

Местные потери напора определяют по формуле

.

При этом скорости течения u_p определяют по наибольшему расходу в одной из секций водоприемника

Q_p = mQ_в,

где m = 0,7-1, u_p = Q_p/(0,785D²).

Коэффициенты местного сопротивления z принимают по справочным данным.

Например, в щелевых вихревых камерах потери напора определяют по формуле

,

где h_в - потери напора при входе потока в зарешеточную камеру; z_c - суммарный коэффициент сопротивления щелевых вихревых камер, учитывающий потери напора на вход в вихревую камеру, по ее длине и на вход в самотечный водовод.

При оборудовании водоприемных отверстий сороудерживающими решетками потери принимают обычно h_в = 0,03-0,05 м. Для щелевых вихревых камер коэффициент z_c » 4,2.

Потери напора в фильтре определяются по формуле

где d - толщина одного слоя фильтра, k_ф – коэффициент фильтрации, - скорость фильтрации воды в фильтре.

Коэффициент фильтрации в фильтре, изготовленном из гравия, гальки или щебня, определяется по формуле

                                                                           

где р - коэффициент пористости для гравия и гальки принимается равным 0,4, для щебня - 0,5; d - диаметр фильтрующего материала, см.

Коэффициент фильтрации в фильтре из камня определяется по формуле

,

где s = 20-14/d. Для камня округленной формы р = 0,4.

Скорость фильтрации воды в фильтре при турбулентном режиме определяется по формуле

,

где J - пьезометрический уклон.

При ламинарном режиме фильтрации - по формуле

.

6.2.4. Расчет наивысшей допустимой отметки оси насоса

Для всех видов водоприемников производится расчет наивысшей допустимой отметки оси насоса по формуле

Ñ_он = Ñ_нув + h_вс - Sh_f - h_u,

где Ñ_нув - отметка наинизшего уровня воды в водоисточнике; h_вc - допустимая высота всасывания насосов, определяемая по каталогу; Sh_f - сумма всех потерь напора от входа в водоприемник до насоса; h_u - скоростной напор при входе воды в насос.

6.3. РАСЧЕТ ВОДОПРИЕМНЫХ КОВШЕЙ

Величина предельного отбора воды в водоприемные ковши определяется особенностями шуголедовых условий.

В ковш с пониженным дном (на 1-2 м ниже дна реки) с достаточной гарантией может быть отведен расход, составляющий 50-60 % минимального среднесуточного расхода воды в открытом русле реки. Но в периоды шугохода предельную величину отвода в ковш целесообразно принимать в зависимости от расхода шуги Q_ш, транспортируемой потоком, не превышая значений

Q_в/q = 1 – 4 (Q_ш/q),

где Q - наименьший расход воды в русле реки, транспортирующий по руслу в период шугохода шугу Q_ш;.

Отметку дна ковша Ñ_дк рекомендуется назначать из расчета обеспечения требуемых глубин в нем в периоды низких уровней воды в реке. В большинстве случаев это требование относится к минимальным уровням зимней межени (Ñ_м.з.у), когда в водоприемном ковше устанавливается расчетная толщина ледяного покрова. Для этого случая отметку дна ковша можно определить по формуле

Ñ_дк = Ñ_м.з.у - 1,33 d_л - 0,3 – D – h_п,

где 1,33 - коэффициент увеличения толщины льда в ковше по сравнению с толщиной льда, формирующегося в русле; d_л - расчетная толщина ледяного покрова в русле реки; 0,3 - заглубление верхней кромки водоприемного отверстия высотой D под нижнюю поверхность льда, h_п - высота порога приемных отверстий, назначаемая в зависимости от высоты слоя отложений наносов в водоприемном ковше в пределах 0,4-1 м.

Ширина водоприемного ковша по дну назначается в расчете на быстрое установление в нем ледяного покрова при работе ковша в тяжелой внешней шуголедовой обстановке.

Ширина ковша по дну, удовлетворяющая этому требованию, может быть определена при обеспечении в водоприемном ковше условной средней скорости течения u_к, назначаемой в зависимости от скоростей течения на перекатах в русле в период щугохода u_п.

Если водоприемный ковш работает без подвода теплой воды, условная средняя скорость в ковше u_к принимается по табл. 22.

Таблица 22

Указанные условные средние скорости могут быть увеличены на 25-50 %, если к водоприемному ковшу будет подведена теплая отработанная вода.

Ширину ковша по дну определяют по минимальному уровню воды в период шугохода Ñ_м.у.ш с учетом наличия в ковше льда (d_л = 0,3-0,5 м) и наносов (слой h_н), уменьшающих глубину живого сечения до величины

h_ж = Ñ_м.у.ш - Ñ_дк - d_л - h_н.

При заданном заложении откосов ширину водоприемного ковша по дну находят по формуле

в_д = Q_в/(h_ж u_к - m(2/h_н + h_ж).

Величина В_д при этом принимается не меньше ширины (5-8 м), необходимой для прохода снаряда, применяемого при очистке ковша от наносов.

Полную длину водоприемного ковша, заглубленного в берег, измеряемую по его оси от начального сечения входа до водоприемника, вычисляют по формуле

L = l_в + l_ш + l_p,

где l_в - длина входной части ковша, охватываемой водоворотом на входе и засоряющейся шугой еще в начале шугохода; l_ш - длина участка ковша, на котором откладываются в течение шугохода захваченные в ковш шуга и ледяная взвесь; l_р - длина рабочей части ковша, в пределах которой к концу шугохода обеспечивается полное всплывание в транзитной струе всех скоплений кристаллов льда, имеющих гидравлическую крупность w_ш ³ 0,015-0,02 м/с.

По приведенной формуле определяют также длину ковша с низовым входом, полностью или частично выдвинутым в русло реки, и имеющего низовые ограждающие дамбы.

Длину входной части l_в водоприемного ковша можно приближенно найти по формуле

l_в = (1-1,5)В_в,

где В_в - ширина входа ковша, измеренная по урезу воды при среднем уровне воды в период шугохода.

При выборе отметок гребня руководствуются следующим:

отметки гребня ограждающих незаливаемых дамб ковша принимают на 0,5-1 м большими отметок расчетного максимального горизонта воды в реке;

отметки гребня верховых заливаемых дамб ковша принимают равными отметкам уровней шугохода, имеющих обеспеченность 25 %;

отметки гребня низовых дамб ковша всегда назначают большими отметок гребня верховых заливаемых дамб;

речные заливаемые дамбы ковша, устраиваемые на реках с относительно низкими горизонтами весеннего ледохода, могут иметь отметки гребня равными отметкам расчетных максимальных горизонтов ледохода.

Ширину гребня дамб ковшей принимают в пределах 4-5 м, а ширину берм - 1,5-2 м, если последние не предназначены для прохода автомашин и экскаваторов.

Информация в лекции "54 Криминологическая характеристика насильственной преступностью" поможет Вам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В лекции рассмотрены классификация водозаборов и водоприемников, условия их применения, которые позволят студенту целенаправленно изучать в дальнейшем учебную дисциплину.

В лекции даются характеристики основных элементов конструкции водозаборов, принципы расчета водозаборов.

Рассмотренные вопросы могут использоваться при проектировании водопроводов и решении других задач.