2. Пример расчета совмещенного водозабора средней производительности
2.1. Техническое задание
Увеличить производительность водозаборных сооружений на 30%.
Предусмотреть мероприятия по рыбозащите.
2.2. Характеристика существующих сооружений
Изучение проектной документации позволило установить следующее.
Комплекс водозаборных сооружений состоит из железобетонного оголовка с двухсторонним приемом воды, двух самотечных линий и НС, совмещенной с береговым колодцем. Высотное расположение сооружений представлено на рис.1, план водозаборных сооружений – на рис. 2.
Железобетонный оголовок вынесен в русло реки на расстояние 35 м от уреза воды при минимальном уровне. Глубина воды в месте расположения оголовка при минимальном уровне составляет 2,3 м.
Оголовок состоит из двух секций, в каждой из которых размещено десять окон, перекрытых решетками. Размеры водоприемных окон 1100х1800 мм.
Самотечные линии выполнены из стальных труб диаметром 1000 мм по ГОСТ 10704-76 в две нитки длиной 60 м каждая. Трубы уложены прямолинейно с подъемом в сторону колодца. Местные сопротивления, кроме задвижек, отсутствуют. Предусмотрена прямая и обратная промывки самотечных линий.
Береговой колодец (ТП 901-1-32.83) состоит из наземного павильона и подземного опускного колодца диаметром 18 м. Между приемным и всасывающим отделением установлены вращающиеся сетки ТН-1500. Удаление осадка из приемных отделений осуществляется насосом ФП 16/27.
В НС установлено четыре насоса марки 3200-33 с Дк=550 мм числом оборотов 980 об/мин, из которых 2 рабочих и два резервных. Диаметр всасывающих трубопроводов 800 мм, напорных внутри НС – 600 мм. Напорные водоводы проложены в две нитки из стальных труб по ГОСТ 10704-76 диаметром 800 мм длиной 1,5 км.
Производительность водозабора составляет 99360 м3/сут. Режим работы водозаборных сооружений в течение суток равномерный. Категория надежности водозаборных сооружений – первая.
При увеличении производительности водозабора на 30% необходимая подача составит, м3/сут:
максимальные сутки 129 000;
средние сутки 107 500;
минимальные сутки 86 000.
2.3. Поверочный расчет
Поверочный расчет выполнен по известным методикам [2,4,8,9] на максимальную потребную производительность водозаборных сооружений, т.е. 129000 м3/сут. (табл. 1). Расчеты выполнены на ПЭВМ с использованием программы Excel. Работа насосов проверена на все суточные режимы подачи воды. При этом для построения совместного графика (рис. 3) проведен расчет потерь напора внутри насосной станции и определено сопротивление коммуникаций НС (табл. 2).
В результате расчетов на пропуск требуемого расхода можно сделать следующие выводы:
скорость втекания через водоприемные окна оголовков с решетками составляет 3 см/с при нормальной работе и 8 см/с при аварии. При таких скоростях втекания возможна замена решеток на кассеты [3,4,11];
требуемый расход может быть обеспечен существующими насосами с прокладкой третьего дополнительного водовода либо заменой насосов (рис.3);
глубина воды во всасывающем отделении колодца недостаточна для обеспечения работы насосов: до реконструкции - 3,7 м (рис. 4), при реконструкции – 2,8 м (табл.2). При этом верх всасывающего трубопровода должен быть затоплен на глубину, равную 2Д, т.е. 2 м (Д - диаметр раструба, равный 1 м). При подаче требуемого расхода это условие не соблюдается.
Таблица 1.
Поверочный расчет |
|||
Показатели |
Ед. изм. |
Формула |
Величина |
Производительность |
м3/сут |
Q |
129000 |
Производительность |
м3/с |
q |
1,493 |
Оголовок |
|
|
|
Ширина окна |
м |
В, Исходные данные |
1,8 |
Высота окна |
м |
Н, Исходные данные |
1,1 |
Число окон |
шт |
Исходные данные |
20 |
Число окон при аварии |
шт |
Исходные данные |
10 |
Толщина стержня решетки |
мм |
а, [8] |
10 |
Прозоры решетки в свету |
мм |
с, [8] |
50 |
Коэффициент стеснения |
|
Кст.=(а+с)/с |
1,20 |
Скорость втекания при нормальной работе |
м/с |
V=1,25х Kстх q / F |
0,03 |
Скорость втекания при аварии |
м/с |
|
0,08 |
Береговой колодец |
|
|
|
Производительность в период замера |
м3/с |
Исходные данные |
1,150 |
Отметка минимального уровня воды в реке |
м |
Zр Результаты замера |
60,3 |
Отметка уровня воды в приемном отдел. колодца |
м |
Zпр Результаты замера |
59 |
Потери напора в подающих линиях |
м |
hл = Zр - Zпр |
1,3 |
Сопротивление системы подающих линий |
с2 / м5 |
S = hл / Q2сущ |
0,98 |
Сопротивление самотечной линии |
с2 / м5 |
AL = 4 S |
3,93 |
Длина подающей линии |
м |
L |
60 |
Потери напора в подающих линиях при реконструкции |
м |
hр = S q2 |
2,2 |
Отметка уровня воды в приемном отделении колодца при реконструкции |
м |
Zпр = Zр - hр |
58,1 |
Отметка уровня воды во всасывающем отделении колодца при реконструкции |
м |
Zвс = Zпр – 0,3 |
57,8 |
Отметка дна колодца |
м |
Zд, исходные данные |
55 |
Глубина воды во всасывающем отделении колодца при реконструкции |
м |
H = Zвс - Zд |
2,8 |
Глубина воды во всасывающем отделении колодца до реконструкции |
м |
см. рис. 3 |
3,7 |
Насосы |
|
|
|
Диаметр напорного водовода |
мм |
Д, Исходные данные |
600 |
Отметка в смесителе очистной станции |
м |
Zсм Исходные данные |
82 |
Геометрическая высота подъема |
|
Нг = Zсм - Zпр - 0,3 |
23,6 |
Удельное сопротивление водовода |
с2 / м6 |
[5] |
0,0226 |
Длина напорного водовода |
м |
L, Исходные данные |
1500 |
Сопротивление системы водоводов |
с2 / м5 |
S = AL / 4 |
8,48 |
Таблица 2.
Определение потерь напора в насосной станции |
|||||
Показатели |
ζ или і |
кол-во или длина |
V2 / 2g |
h= ζ V2 / 2g, м |
|
Всасывающий трубопровод Д=800 мм |
|||||
вход |
0,5 |
1 |
0,060 |
0,03 |
|
переход суж. |
0,1 |
1 |
0,103 |
0,01 |
|
переход суж. |
0,1 |
1 |
0,353 |
0,04 |
|
колено |
0,5 |
1 |
0,103 |
0,05 |
|
затвор |
0,1 |
1 |
0,103 |
0,01 |
|
прямой участок |
1,69 |
3 |
|
0,01 |
|
итого |
|
|
|
0,14 |
|
напорный трубопровод Д=600 мм |
|||||
переход расшир. |
0,15 |
1 |
0,175 |
0,03 |
|
затвор |
0,1 |
1 |
0,175 |
0,02 |
|
обратный клапан |
1,7 |
1 |
0,175 |
0,30 |
|
колено |
0,5 |
3 |
0,175 |
0,26 |
|
тройник проходной |
1 |
3 |
0,175 |
0,52 |
|
тройник с поворотом |
1,5 |
1 |
0,175 |
0,26 |
|
прямой участок |
6,84 |
12 |
|
0,08 |
|
итого |
|
|
|
1,47 |
|
всего в НС |
|
|
|
1,61 |
|
сопротивление |
|
|
|
2,94 |
|
