8.6. Расчет вихревой (вертикальной) камеры хлопьеобразования

Вихревая камера хлопьеобразования, предложенная Е.Н. Тетерки­ным, выполнена в виде железобетонного конического или пирамидального резервуара (с углом конусности 50...70°), обращенного углом вниз. Обычно ее встраивают в горизонтальный отстойник и располагают вплотную к нему. Перемешивание воды в камере происходит при ее движении снизу вверх за счет уменьшения скорости движения (от 0,8...1,2 до 0,004...0,005 м/с) в результате резкого увеличения площади поперечного сечения. Время пребывания воды в камере составляет от 6 (для мутных вод) до 12 мин (для цветных вод). Передачу воды из камеры в отстойники следует осуществлять при скорости ее движения в сборных лотках или трубах, а также в их отверстиях не более 0,05 м/с для цветных вод и 0,1 м/с – для мутных вод.

Вода от смесителя к камере хлопьеобразования подается по трубо­проводу (1) со скоростью 0,7...1 м/с.

Обрабатываемую воду вводят в нижнюю часть камеры (рис. 8.5), при этом скорость входа должна быть 0,7... 1,2 м/с, а скорость восходящего потока на выходе из камеры – 4...5 мм/с. Время пребывания воды в камере 6...12 мин. Осветленная вода отводится к фильтрам по трубопроводу (3).

Рис. 8.5. Вертикальная (вихревая) камера хлопьеобразования:

1 – подача воды от смесителя; 2 – корпус; 3 – отвод воды; 4 – опорожнение

Пример. Расчет вихревой камеры хлопьеобразования

Исходные данные. Заданная пропускная способность вихревой камеры хлопьеобразования со сборным кольцевым желобом Q_ч = 80 м³/ч (q_с = 0,022 м³/с).

Расчет. Зная часовой расход и приняв время пребывания его в камере хлопьеобразования t = 8 мин, определяем ее объем:

При скорости восходящего движения воды в верхней части камеры v_в = 5 мм/с = 18 м/ч площадь поперечного сечения верхней ее части и диаметр определяем по формулам:

f_в = Q_ч / v_в = 80 / 18 = 4,45 м²;

м,

а при скорости входа воды v_вх = 0,7 м/с диаметр нижней части камеры, м:

;

Принимаем диаметр нижней части d_н = 222 мм, то есть равным наружному диаметру трубопровода, подающего воду от смесителя в камеру и определяем площадь поперечного сечения, м²:

м².

Скорость входа воды в камеру равна v_вх=q_с/f_н=0,022/0,0379 = 0,58 м/с.

Высота конической части камеры хлопьеобразования при угле конусности α = 50°

Потери напора в вихревой камере хлопьеобразования составляют 0,2...0,3 м на 1 м высоты конуса. Тогда потери напора в конусной части камеры равны

h = 2,52·0,3 = 0,755 м.

Объем конической части камеры, м³:

W_кон = 1/3·h_кон (f_в + f_н + );

W_кон = 1/3·2,52 (4,45 + 0,0317 + м³.

Объем цилиндрической части над конусом, м³:

W_цил = W_к.х – W_кон;

W_цил = 10,7 – 5,52 = 5,18 м³.

При площади сечения камеры f_в = 4,45 м² высота цилиндрической части равна h_ц = W_цил / f_в = 5,18 / 4,45 = 1,16 м.

Полная высота вихревой камеры h_к = 2,52+1,16 = 3,68 м.

Вода, прошедшая камеру хлопьеобразования, собирается верхним кольцевым желобом через затопленные отверстия, размещенные по периметру его внутренней стенки.

При расчетной скорости движения воды в желобе v_ж = 0,1 м/с необходимая площадь поперечного сечения желоба составит:

f_ж = q_c / v_ж = 0,022 / 0,1 = 0,22 м².

Принимаем ширину желоба b_ж = 0,4 м (принимается конструктивно), тогда высота желоба h_ж = f_ж / b_ж = 0,22 / 0,4 = 0,55 м.

Потребное количество затопленных отверстий диаметром 100 мм с площадью f₀ = 0,00785 м² (диаметры отверстий принимаются от 70 до 150 мм) будет составлять

n₀ = q_c / (v_ж·f₀) = 0,022 / (0,1·0,00785) = 28 отверстий.

Периметр кольцевого желоба по внутренней стенке равен

Р = ·D_в = 3,14(2,38 – 2·0,4) = 4,96 м = 4960 мм.

Шаг оси затопленных отверстий е₀ = Р / n₀ = 4960 / 28 = 177,1 мм.